TWI445257B - High power connector with heat dissipation structure - Google Patents

Description

具散熱結構之高功率連接器

本發明係關於高功率連接器，尤指一種增設有輔助金屬板片，以利用該輔助金屬板片具有的較小阻抗值，直接將熱量發散至外界空氣中的高功率連接器。

按，隨著生活水平的提高，現代人在購買電子產品時，除了會考量電子產品的實際效用外，尚會特別注重電子產品的外觀，尤其是消費性電子產品，如：行動電話、個人數位助理器、平板電腦…等，一般言，為了方便攜帶，且不佔用過多收納空間，現代人對於消費性電子產品的外觀，大多冀望能符合「輕、薄、短、小」的設計理念，且期望電子產品能具有較高的效能，因此，各家電子廠商為能迎合消費者的需求，紛紛更改原有消費性電子產品的設計，以期能在消費性電子產品的市場中佔有一席之地。

當各家電子廠商欲使消費性電子產品維持在高效能時，必需使其內之相關電子元件(如：連接器)具備高密度能量的傳輸能力，由於能量(如：電量)在傳輸過程中，會因傳輸路徑(如：金屬端子)的阻抗值而產生熱量，且熱量又與能量傳輸的密度成正比，意即，在消費性電子產品擁有高效能的傳輸能力時，將伴隨著產生高熱量的問題，此外，當消費性電子產品的整體體積縮小時，其內各電子元件的體積勢必隨之縮小，以能在有限的空間內佈設多種電子元件(如：連接器、電阻、電容…等)，前述情況不僅增加了消費性電子產品的設計複雜性，且當金屬端子的厚度變薄(即截面積縮小)時，其阻抗值亦會隨之增加，故相應而生的熱管理問題，更成為業者在設計該等消費性電子產品時必需克服的難題。

舉例而言，業者為能提高行動電話(即消費性電子產品)的待機時間及維持多種應用程式的長時間運作，必需大幅度地增加行動電話之電池容量，此舉將造成電池之供電電流增加，使得與電池相電氣連接的連接器產生大量的熱量。承前所述，現有之連接器並未因應消費性電子產品的體積縮小，而改變其結構設計，僅是直接依比例縮小，使得其散熱效果不佳，茲為明確揭露現有連接器的設計缺失，乃就習知連接器的局部剖面圖，請參閱第1圖所示，說明如下：第1圖所示之一電池之連接器1，包括一罩體11及複數支金屬端子13，其中該罩體11係組裝至一電路板15上，該罩體11內設有複設個容納空間111，各該金屬端子13係被彎折成波浪狀，且分別嵌設至對應的容納空間111中，且各該金屬端子13的前段部份係穿過該罩體11之一側面，外露至該罩體11外，其後段部份則連接至該電路板15的金屬墊片151上，如此，當各該金屬端子13的前段部份連接至該電池的電極端子時，該電池的供電電流便會藉由各該金屬端子13，而傳送至該電路板15，惟，誠如前述，當該電池的供電電流愈大時，各該金屬端子13即會產生大量的熱量，由於各該金屬端子13的中段部份之散熱面積較大，且被封閉在該罩體11內，故，各該金屬端子13所釋放出之熱量便會蓄積在該罩體11中，此時，因該罩體11本身係為塑性材質，導致其與外界空氣的熱交換效果不佳，不易將熱量散發到外界空氣中，如此，該連接器1之整體溫度便會因此迅速地上升，不僅會造成自身元件因長期處於高溫環境，而加速老化外，尚連帶地波及到鄰近該連接器1的諸多電子元件，而損及該等電子元件之使用壽命。

此外，復請參閱第1圖所示，當該連接器1內蓄積了大量的熱能時，因各該金屬端子13係被安裝在各個封閉之容納空間111中，致其氧化速度會快速增加，進而使得各該金屬端子13會因氧化，而提高自身的阻抗值，並產生更多的熱量，惡性循環之下，將導致設有該連接器1之消費性電子產品的使用壽命大幅減損，進而影響了業者所生產之消費性電子產品的品質，造成客戶的抱怨及流失。

綜上所述可知，由於傳統連接器之整體結構並未因應消費性電子產品的輕薄短小的設計趨勢，而作出相對應的改變，故極易在傳統連接器內造成熱量的蓄積，導致設有傳統連接器之消費性電子產品發生熱管理不良的嚴重問題，因此，如何設計出一種嶄新的連接器，以能滿足消費性電子產品在滿足輕薄短小的設計需求，且不斷提高性能的同時，尚能使其中緊密依靠且安裝在有限空間內之各個電子元件，仍能保持良好的散熱效果，即成為相關電子領域之業者亟欲探討之一重要課題。

有鑑於傳統連接器的結構設計，並未因應外形小巧之消費性電子產品的設計趨勢，而進行相對應的改變，至其衍生出熱管理不良的嚴重問題，影響了消費性電子產品的使用壽命與消費者的使用觀感，因此，發明人在經過長久努力研究與實驗，終於開發設計出本發明之一種具散熱結構之高功率連接器，以期藉由本發明之嶄新結構，能快速釋放出高功率連接器之熱量，進而有效解決上述問題。

本發明之一目的，係提供一種具散熱結構之高功率連接器，主要係在原有的連接器上，額外增加複數支輔助金屬板片，以能降低本發明之高功率連接器的阻抗值，以大幅提高該高功率連接器的使用壽命。該高功率連接器包括一罩體、複數支彈性金屬端子及複數支輔助金屬板片，其中該罩體係絕緣材質，其內設有複數個容納空間，另，該等彈性金屬端子係分別嵌設至該等容納空間中，各該彈性金屬端子的前段部份係呈弧形，且能穿過該罩體之一側面，外露至該罩體外，再者，該等輔助金屬板片之前段部份會分別與對應之該彈性金屬端子相電氣連接，其後段部份則與該電路板相電氣連接，如此，由於該輔助金屬板片具有較小的阻抗值，故能避免該高功率連接器內的元件，因處於高溫環境而造成過早老化的現象。

本發明之另一目的，係該彈性金屬端子的後段部份會電氣連接至該電路板，使得該彈性金屬端子與該輔助金屬板片形成並聯電路，以降低該高功率連接器的整體阻抗值，此外，該輔助金屬板片的阻抗值尚能小於對應之彈性金屬端子的阻抗值，故，在對應之該輔助金屬板片之阻抗值較小的情況下，各該彈性金屬端子上之電流將選擇經由對應之該輔助金屬板片，傳送至該電路板，以有效降低該高功率連接器所產生之熱量。

本發明之再一目的，係該高功率連接器能夠採用破板方式，組裝至該電路板上，意即該高功率連接器能嵌入至該電路板中，以縮減該高功率連接器與該電路板所佔用的空間，並增加業者在規劃電子裝置之電路設計空間的彈性。

為便　貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

發明人在長期從事連接器等相關產品的研發與製造中，發現傳統連接器的結構設計不良，使得傳統連接器內會蓄積大量的熱量，而無法快速地被釋放至外界空氣中，導致傳統連接器內部的元件(如：金屬端子)容易氧化，且鄰近傳統連接器的相關電子元件，亦會因長期處於高溫環境而加速老化，有鑑於此，發明人乃思及出一種完善的解決方案，即是更改傳統連接器的結構設計，以達到降低連接器的阻抗值，與減少連接器所蓄積之熱量等功效。

本發明係一種具散熱結構之高功率連接器，且能組裝至一電路板上，在本發明之第一實施例中，請參閱第2圖所示，該高功率連接器2包括一罩體21、複數支彈性金屬端子23及複數支輔助金屬板片25，為詳細揭露本發明之整體結構，並簡化圖式，係採用該高功率連接器2的局部剖面圖作為說明圖式，並省略電路板3上的相關電子元件(如：電阻、電容…等)，其中該罩體21係絕緣材質製成，並固設至該電路板3上，其一側面開設有複數個第一開口210，其內對應於各該第一開口210的位置，分別設有一容納空間211，又，該罩體21之頂面尚開設有複數個第二開口212，各該第二開口212分別與各該第一開口210相連通，在該第一實施例中，該等容納空間211彼此相互獨立，但在本發明之其它實施例中，業者能依設計需求，而使該等容納空間211相互連通，合先敘明。另，各該彈性金屬端子23係被彎折成波浪狀，使其具有一彈性而能被壓縮變形，惟，在本發明之其它實施例中，該彈性金屬端子23能被彎折成其它形狀，只要其能具有彈性並被壓縮變形，即為本發明所稱之彈性金屬端子23。又，各該彈性金屬端子23分別嵌設至各該容納空間211中，並對應於各該第一開口210，其前段部份係呈弧形，且能穿過對應之該罩體21的第一開口210，外露至該罩體21外，其後段部份則會插入至該罩體21的底面，以固定在該罩體21中，且與該電路板3的金屬墊片31相電氣連接，以能將電源或訊號傳送至該電路板3，或接收該電路板3傳來之電源或訊號，又，在各該彈性金屬端子23的前段部份受到抵壓時，其鄰近前段部份的位置會朝對應之第二開口212的方向延伸變形。

另，復請參閱第2圖所示，該罩體21外尚設置有該等輔助金屬板片25，且該等輔助金屬板片25彼此間相隔一間距，其前段部份分別對應於各該第二開口212，並與對應之該彈性金屬端子23相電氣連接，其後段部份則朝該電路板3的方向彎折延伸，並與該電路板3的金屬墊片31相電氣連接，且各該輔助金屬板片25之阻抗值係小於對應之該彈性金屬端子23之阻抗值，如此，當該高功率連接器2與一電池相電氣連接時，該等彈性金屬端子23的前段部份會受到該電池之電極端子的壓迫，由於各該彈性金屬端子23已被定位住而無法位移，因此，其彈性能使各該彈性金屬端子23產生壓縮變形，同時，因其自身尚會產生一彈性恢復力，故能確保各該彈性金屬端子23的前段部份穩固地抵靠在對應之該電極端子上，以使該電池能透過該等彈性金屬端子23傳遞電流，此外，各該彈性金屬端子23因被壓縮變形，其對應於第二開口212的部份彈性金屬端子23，尚會朝該第二開口212方向位移，以能緊密地抵靠至各該輔助金屬板片25。

再者，復請參閱第2圖所示，為避免該輔助金屬板片25因受擠壓，而不慎脫離原有位置，造成該高功率連接器2無法正常作業，該輔助金屬板片25的前段部份尚能設有一定位部251，該定位部251能嵌卡至該罩體21中，以提高該輔助金屬板片25的定位效果。承上所述可知，藉由該第一實施例的整體構圖，該高功率連接器2能達成下列之功效：

(1)由於各該彈性金屬端子23的前段部份與後段部份，分別與對應之該輔助金屬板片25的前段部份與後段部份，形成電氣連接，意即該彈性金屬端子23係與該輔助金屬板片25形成並聯電路，依據並聯電阻值之公式：總阻抗值R=(R1*R2)/(R1+R2)，其中R1為彈性金屬端子23的阻抗值，R2為輔助金屬板片25的阻抗值，故，該高功率連接器2之整體阻抗值會降低，進而降低該高功率連接器2的產生熱量；

(2)由於該輔助金屬板片25係直接外露於該罩體21外，因此，其自身產生之熱量能夠直接釋放到外界空氣中，而不會蓄積至該罩體21內，大幅增加該高功率連接器2的散熱面積與效果，此外，因該輔助金屬板片25能夠快速地釋放出熱量，故其自身的溫度能低於該彈性金屬端子23或該罩體21，以能迅速地吸收該彈性金屬端子23所產生之熱量及/或該罩體21傳來之熱量，並釋放至外界空氣中，進而避免該高功率連接器2因高溫而造成元件老化，導致其使用壽命較短；及

(3)由於該輔助金屬板片25之阻抗值，能夠小於對應之彈性金屬端子23的阻抗值，因此，該彈性金屬端子23上之電流將選擇經由對應之該輔助金屬板片25，傳送至該電路板3，如此，在流經該彈性金屬端子23的電流較小時，其產生之熱量亦隨之較少，使得該罩體21內不易被蓄積熱量，而該輔助金屬板片25雖然會產生較多的熱量，但因其能直接釋放到外界空氣中，並不會蓄積在該罩體21內，故本發明之高功率連接器2的散熱效果會優於習知連接器的散熱效果。

另，熟悉該領域的技藝人士能在掌握本發明之主要技術特徵後，能針對罩體、彈性金屬端子與輔助金屬板片間的樣式，作出其它變化，為方便說明，請參閱第3圖所示，其中僅針對罩體21A、彈性金屬端子23A與輔助金屬板片25A間的變化，進行說明，至於與第一實施例相同之部份則不予贅述，合先敘明。在本發明之第二實施例中，該罩體21A能夠不開設有第二開口，且該輔助金屬板片25A的前段部份能被彎折進該罩體21A內，使得該彈性金屬端子23A鄰近其前段部份的位置能抵靠該輔助金屬板片25A，如此，在該彈性金屬端子23A觸壓到電池的電極端子時，該電池之供電電流能經由該彈性金屬端子23A而傳送至該輔助金屬板片25A。

再者，復請參閱第3圖所示，在本發明之第二實施例中，該彈性金屬端子23A的後段部份尚能夠穿過該罩體21A之一側面，而外露至該罩體21A外，並與該電路板3的金屬墊片31相電氣連接，同時，該輔助金屬板片25A的後段部份能直接貼附至該彈性金屬端子23A的後段部份，以電氣連接至該電路板3，並將其自身接收到之電流，經由該彈性金屬端子23A的後段部份傳送至該電路板3，惟，在此特別一提者，本發明之前述實施例中，均以使用在電池上的高功率連接器2A為例，但在實際使用上，與喇叭或耳機之連接端子相連接的連接器，亦可採用本發明之高功率連接器2A，以使得該電路板3能傳送電流或訊號至該高功率連接器2A中。

由於本案係採用輔助金屬板片作為主要傳導電流或訊號的路徑，以能快速地將熱量散發至外界，因此，在不同設計需求的高功率連接器中，彈性金屬端子能夠不與電路板相電氣連接，請參閱第4圖所示，在本發明之第三實施例中，該高功率連接器4包括一罩體41、複數支彈性金屬端子43及複數支輔助金屬板片45，其中該罩體41內設有複數個容納空間411，且其會穿過一電路板5，而嵌入至該電路板5中，又，各該彈性金屬端子43係被彎折成波浪狀，且分別嵌設至對應的各該容納空間411中，其前段部份係呈弧形，且能穿過該罩體41之一側面，外露至該罩體41外，其後段部份則僅是抵靠住該罩體41，另，各該輔助金屬板片45係設置於該罩體41外，且前段部份分別與對應之該彈性金屬端子43相電氣連接，其後段部份則與該電路板5之金屬墊片51相電氣連接，如此，透過前述設計方式，業者即可將電子產品內的電路空間，壓縮至該高功率連接器4的高度，而非為該高功率連接器4加上電路板5之高度，以提高業者在規劃電子裝置之電路設計空間的彈性，惟，在此特別一提者，雖然前述實施例係以彈性金屬端子43不電氣連接至電路板5為例，但實際使用上，業者亦能夠使彈性金屬端子43電氣連接至電路板5，合先敘明。

另，請參閱第5圖所示，習知電池6的結構中，因應不同電路需求，通常會產生不同設計樣式的電極端子61，例如：接觸面積較寬之電極端子61A、或是複數個電極端子61屬於同一線路，而可視為同一個電極端子61…等，因此，在本發明之第四實施例中，業者能夠在相鄰近的兩個輔助金屬板片75間，設有一連接片751，以增加輔助金屬板片75的寬度，或者能夠設計寬度較大的輔助金屬板片75A，大幅提高該高功率連接器7的散熱面積，令本發明之高功率連接器7具有較良好的產業應用性，且能因應不同的電路設計需求，進而增加業者的市場競爭力。

在此特別一提者，業者亦可直接將本發明之輔助金屬板片設置於罩體內，只要該輔助金屬板片能與彈性金屬端子形成並聯電路，或者本身具有較小的阻抗值，便能夠有效降低高功率連接器所產生之熱量，進而達到本發明之目的。此外，本發明之實施例所用語彙及元件樣式，僅為方便說明，並得以供一般大眾或本技藝之從業人員，迅速領略本發明揭露內容之本質與要旨，而並非僅限定為上述的樣式，不應視為本發明之限制，熟悉本發明相關技藝之人士當能在掌握本發明之主要技術特徵後，自行更改相關元件的外觀樣式，從而達成本發明之目的，因此，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

2、2A、4、7．．．高功率連接器

21、21A、41．．．罩體

210．．．第一開口

211、411．．．容納空間

212．．．第二開口

23、23A、43．．．彈性金屬端子

25、25A、45、75、75A．．．輔助金屬板片

251．．．定位部

3、5．．．電路板

31、51．．．金屬墊片

6．．．電池

61、61A．．．電極端子

751．．．連接片

第1圖係習知連接器之示意圖；

第2圖係本發明之第一實施例；

第3圖係本發明之第二實施例；

第4圖係本發明之第三實施例；及

第5圖係本發明之第四實施例。

2．．．高功率連接器

21．．．罩體

210．．．第一開口

211．．．容納空間

212．．．第二開口

23．．．彈性金屬端子

25．．．輔助金屬板片

251．．．定位部

3．．．電路板

31．．．金屬墊片

Claims (6)

1. 一種具散熱結構之高功率連接器，係組裝至一電路板上，包括：一罩體，係絕緣材質製成，其內設有複數個容納空間；複數支彈性金屬端子，且分別嵌設至該等容納空間中，各該彈性金屬端子的前段部份係呈弧形，且能穿過該罩體之一側面，外露至該罩體外，且各該彈性金屬端子的後段部份尚與該電路板的金屬墊片電氣相連接；及複數支輔助金屬板片，係設置於該罩體外，該罩體之頂面對應於該輔助金屬板片的位置，開設有一開口，各該輔助金屬板片之前段部份係通過該開口分別與對應之該彈性金屬端子相抵靠，各該輔助金屬板片之後段部份則與該電路板之金屬墊片電氣相連接。
2. 一種具散熱結構之高功率連接器，係組裝至一電路板上，包括：一罩體，係絕緣材質製成，其內設有複數個容納空間；複數支彈性金屬端子，且分別嵌設至該等容納空間中，各該彈性金屬端子的前段部份係呈弧形，且能穿過該罩體之一側面，外露至該罩體外，且各該彈性金屬端子的後段部份尚與該電路板的金屬墊片電氣相連接；及複數支輔助金屬板片，係設置於該罩體外，且各該輔助金屬板片之前段部份會被彎折進該罩體內，以分別與對應之該彈性金屬端子相抵靠，各該輔助金屬板片之後段部份則與該電路板之金屬墊片電氣相連接。
3. 如請求項1或2所述之高功率連接器，其中該彈性金屬端子的後段部份能穿過該罩體之另一側面，並與該電路板的金屬墊片 及對應之該輔助金屬板片的後段部份電氣相連接。
4. 如請求項1所述之高功率連接器，其中該輔助金屬板片的前段部份設有一定位部，該定位部能嵌卡至該罩體。
5. 如請求項4所述之高功率連接器，其中至少兩個相鄰之該輔助金屬板片間設有一連接片。
6. 如請求項5所述之高功率連接器，其中該罩體係穿過該電路板，以嵌入至該電路板中。