专利名称：Led灯条模块的连接器与散热器的组装与其形成方法
技术领域：
本发明涉及以射出成型法形成LED灯条模块中的防水连接器-散热器组装的电子连接器的形成方法。
背景技术：
发光二极管(LED)灯条可封装施加电压时会发光的LED。LED灯条模块含有帮助散热的散热器，以及固定至散热器的连接器。连接器可提供电源并控制LED。LED灯条模块常用于室外如街灯或招牌。如此一来，连接器与散热器需形成防水封装。为提高出光量，需以LED灯条模块的连接器串联两个以上的LED灯条模块。然而当连接器处于插电或不插电的状态，比如连接或不连接LED灯条模块时，连接器与固定其上的散热器将受到剪力影响。 如此一来连接器与散热器的组装结构中，连接器与散热器之间的粘结接合力需足以支撑上述应力。一般在组装LED灯条模块时，以胶粘方式结合连接器与散热器以达到防水封装及粘着接合的效果。虽然胶粘方式已广泛应用于接合连接器与散热器，但上述接合器_散热器组装并无法完全满足所有需求。举例来说，当环境条件如温度或湿气改变时，可能会让连接器-散热器组装中的胶粘部分碎裂成片。这将劣化连接器与散热器之间的防水封装与粘结接合。 此外，将连接器胶粘至散热器的作法会增加LED灯条组装工艺的复杂度与成本。综上所述， 目前仍需连接器_散热器组装的形成方法，除了在不同的环境条件下仍维持防水封装与粘结接合以外，还需减少工艺步骤与降低成本。
发明内容
为克服现有技术缺陷，本发明一实施例提供一种LED灯条模块的电性连接器的形成方法，包括确认散热器的材料的热膨胀系数，其中散热器具有沟槽，且沟槽具有开口 ；选择射出成型材料，使射出成型材料与散热器的材料具有实质上相同的热膨胀系数；将散热器的沟槽的开口置于射出模具中；钳合一组连接器针脚于射出模具内的散热器之沟槽的开口中；熔融射出射出成型材料于射出模具中，以填满连接器针脚与散热器之间的空隙；于射出模具中固化射出成型材料，以形成电性连接器，其中电性连接器包括射出成型材料与连接器针脚，且射出成型材料放射状地包围连接器针脚；以及自射出模具移出电性连接器与散热器。本发明另一实施例提供一种LED灯条模块的连接器与散热器的组装，包括散热器，具有沟槽且沟槽具有开口 ；以及连接器位于沟槽的开口中，使散热器的沟槽与连接器形成防水封装，其中连接器包括射出成型材料与一组连接器针脚，且射出成型材料放射状地围绕连接器针脚，以及其中连接器由射出成型工艺所形成。本发明的连接器与散热器的组装无须胶粘即可实现防水封装及粘着接合的效果。
图IA为本发明一个或多个实施例中，含有射出成型的连接器的LED灯条模块的透视图。图IB为本发明一个或多个实施例中图IA的LED灯条模块100的分解图。图2为本发明一个或多个实施例中，以射出成型工艺形成图IA的LED灯条模块的防水性连接器_散热器组装的连接器的工艺流程图。图3A为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法形成公连接器时，连接器针脚与散热器的相对位置。图3B为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法形成母连接器时，连接器针脚与散热器的相对位置。图4A为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法时，射出成型的公连接器与散热器的相对位置。图4B为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法时，射出成型的母连接器与散热器的相对位置。其中，附图标记说明如下Ll 射出成型材料与散热器的沟槽于长轴方向的接触长度；L2 连接器针脚在长轴方向置于射出成型材料中的长度；100 LED灯条模块；110 公连接器；120 母连接器；130 散热器；140 外罩；150 LED镜片；160 LED印刷电路板；200、202、204、 206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226、228、230、232 步骤；300 连接器针脚；320 射出成型材料。
具体实施例方式下述公开的连接器-散热器组装含有射出成型的连接器与散热器，在所有的操作条件下与LED灯条的寿命周期中均保有防水性与耐高剪力性。可以理解的是，下述说明中将提供多种型态与实施例，但这些特定实施例仅用以举例。此外，发明范围只以权利要求为主。图示中部分区域的尺寸与相对尺寸并非依实际比例绘制，这是为了方便说明。可以理解的是，某一元件“位于另一元件上”、“连接至另一元件”、或“耦合至另一元件”可以是某一元件直接位于另一元件上、直接连接至另一元件、或直接耦合至另一元件，或者两元件间隔有其他元件。空间性的相对用语如“下方”、“其下”、“较下方”、“上方”、“较上方”、或类似用语可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。可以理解的是，空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。举例来说，若图示中的元件翻转时，原来某一元件位于另一元件下方的叙述将转变为某一元件位于另一元件上方。如此一来，“下方”可定义为“上方”与“下方”。另一方面，元件也可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示的特定方向。下述说明将搭配图示解释本发明的实施例。图IA为本发明一个或多个实施例中，含有射出成型的连接器的LED灯条模块100 的透视图。LED灯条模块100含有公连接器110与母连接器120分别位于散热器130的两端。散热器130在长轴方向具有沟槽，且沟槽两端具有开口以容置连接器。在此实施例中， 公连接器110与母连接器120的形成方法为射出成型，其组成为填充30%玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。在其他实施例中，连接器的组成可为聚碳酸酯或其他种类塑胶。同样在此实施例中，散热器130的组成可为铝6063-T5或铝合金。在其他实施例中，散热器 130可为高导热的其他金属。散热器130可帮助置于LED灯条模块100中的LED散热。公连接器110与母连接器120，可分别作为LED灯条模块100其控制信号与电力的入口与出口。此外，可通过将某一 LED灯条模块100的公连接器110插入另一 LED灯条模块100的母连接器120，以串联两个或更多的LED灯条模块100。串联LED灯条模块100可增加出光量。经由上述串联，每一 LED灯条模块100的电力来源可为公连接器110或母连接器120，并将电力传输至另一连接器以输入至下一个LED灯条模块100。公连接器110、母连接器120、与散热器130形成的防水连接器-散热器组装，可避免水气或污染物影响LED灯条模块100的内部。在预定环境条件下操作LED灯条模块100， 可维持其防水封装。举例来说，若LED灯条模块100应用于街灯，则连接器_散热器组装在温度、湿度、与日光照射强度等不同的操作条件下均可维持其防水性。如此一来，公连接器 110与母连接器120的组成如填充30%玻璃纤维的PBT，与散热器130的组成如铝6063-T5 将具有实质上相同的热膨胀系数(CTE)，有益于在不同的环境条件下维持防水封装。此外， 当某一 LED灯条模块100插入另一 LED灯条模块100时，公连接器110与母连接器120粘结至散热器130的粘结力需足以承受施加于连接器-散热器组装的剪力。由于公连接器110/ 母连接器120与散热器130之间的粘结接合强度与接触表面积成正比，公连接器110/母连接器120与散热器110需形成有足够的接触表面积。连接器-散热器组装固定于外罩140，而外罩140在长轴方向位于连接器-散热器组装上。在此实施例中，外罩140胶粘至公连接器110、母连接器120、与散热器130。在其他实施例中，外罩140以螺丝固定至连接器_散热器组装。连接器-散热器组装与外罩 140可让LED密封于LED灯条模块100中。外罩140于长轴方向具有开口阵列以置入LED 镜片150的阵列，使密封的LED所发的光能穿过LED镜片150。在此实施例中，LED镜片的组成为环氧树脂。当电源经公连接器110或母连接器120施加至LED灯条模块100时，LED 镜片150的形状将使LED发出的光具有对应形状。图IB为本发明一个或多个实施例中图IA的LED灯条模块100的分解图。公连接器110、母连接器120、与散热器130定义LED灯条模块100的内部凹槽，可用以容纳LED 印刷电路板160。LED印刷电路板160含有电路，以驱动位于其上表面的LED阵列。LED电路板160固定至散热器130，使LED阵列发出的热经由散热器130的导热路径散逸。此外， LED印刷电路板160连接至公连接器110或母连接器120之一，以传送电力及控制信号至 LED阵列。LED电路板160也连接至另一连接器，以传送电力及控制信号至串联的另一 LED 灯条模块100。LED镜片150的阵列置于LED阵列上，以调整发光图案的形状，并视情况调整LED的发光波宽。外罩140含有开口阵列，使LED镜片150的阵列能固定于LED灯条模块100的顶部上。图2为本发明一个或多个实施例中，以射出成型工艺形成图IA的LED灯条模块的防水性连接器_散热器组装的连接器的工艺流程图。如前所述，公连接器110、母连接器120、与散热器130采用的材料的热膨胀系数需实质上相同，以利于不同的环境条件下维持防水封装。特别是在温度改变时，公连接器110、 母连接器120、与散热器130的膨胀或收缩量实质上相同，以利维持防水封装的整体性。
在步骤200中，选择散热器130的材料以决定其热膨胀系数。在此实施例中，选择铝6063-T5的原因为高导热性、轻重量、且热膨胀系数可搭配连接器所用的塑胶材料。举例来说，在20°C至100°C之间的铝6063-T5其热膨胀系数为23.4μπι/πι-τ。在步骤202中，选择连接器的射出成型材料。步骤202的选择标准包括但不限定于材料是否适于射出成型、是否具有良好的机械性质、以及其热膨胀系数是否与散热器材料的热膨胀系数实质上相同。在此实施例中，填充30 %玻璃纤维的PBT被选为连接器的射出成型材料，可与散热器130的组成铝6063-Τ5形成紧密封装，在60°C至138°C之间的热膨胀系数介于23. 4μ m/m-°C至25. 2 μ m/m_°C之间。在其他实施例中，可采用聚碳酸酯或其他塑胶材料作为连接器的射出成型材料。除了射出成型材料以外，公连接器110与母连接器120含有连接针脚以提供电性连接。射出成型材料放射状地围绕连接器针脚。如此一来，在评估连接器-散热器组装的防水封装时，需进一步考虑连接器针脚的热膨胀系数。不过连接器针脚与射出成型材料之间的接触面积相对较小，对维持连接器的防水封装的整体性而言，连接器针脚与射出成型材料之间的热膨胀系数是否匹配并不是关键。综上所述，连接器针脚的材料选择较具弹性。 在此实施例中，金属针脚如金包铜的组成可具有良好的导电特性。如前所述，两个表面之间的粘结接合强度取决于两个表面之间的接触面积。在特定实施例中，公连接器110 (或母连接器120)与散热器130之间的粘结接合强度，为“两者之间的接触面积”与“两者之间单位面积的粘结接合强度”的乘积。此外，为了使某一连接器_散热器组装能承受另一连接器_散热器组装的连接器插入或拔除所产生的最大剪力， 公连接器110 (或母连接器120)与散热器130之间的粘结接合强度需大于上述操作产生的最大剪力。如此一来，公连接器110 (或母连接器120)与散热器130之间的接触面积需大到足以提供所需的粘结接合强度。同样地，连接器针脚与公连接器110 (或母连接器120) 之间的接触面积也必须大到符合需求。在步骤204中，将确认射出成型材料与散热器130之间单位面积的粘结接合强度 τ 1。在此实施例中，可由填充30%玻璃纤维的PBT与铝6063-Τ5两者的粘结接合进行有限元素模拟以得知τ 1。在其他实施例中，可对已知接触表面积的连接器-散热器组装进行剪力测试，以得知破坏连接器与散热器之间的粘结接合所需的最小剪力。在步骤206中，将确认射出成型材料与散热器130之间的粘结接合所能承受的最大剪力Tl。如前所述，公连接器110 (或母连接器120)的射出成型材料与散热器130之间的粘结接合强度需大于最大剪力Tl，才能在施加最大剪力Tl时维持连接器-散热器组装的整体性。在步骤208中，将计算公连接器110(或母连接器120)与散热器130之间的接触面积的长度Li。Ll将决定公连接器110 (或母连接器120)与散热器130于长轴方向的最小接触长度。将最大剪力Tl除以射出成型材料与散热器130之间单位面积的粘结接合强度τ 1后，可计算出公连接器110(或母连接器120)的射出成型材料与散热器130之间所需的最小接触面积。公连接器110(或母连接器120)接触散热器130的方向，沿着散热器130 的长轴方向与散热器130的沟槽的剖面方向。综上所述，公连接器110(或母连接器120) 与散热器130之间的总接触面积为长轴方向的接触长度Li，与散热器130的沟槽的剖面周长cl的乘积。在得知最小接触面积的前提下，可由最小接触面积除以cl得知Li，如下式所不Ll = Τ1/( τ IXcl)同样地在步骤210中，将确认射出成型材料与连接器针脚之间单位面积的粘结接合强度τ 2。在此实施例中，可由填充30%玻璃纤维的PBT与铜/金材料两者的粘结接合进行有限元素模拟以得知τ 2。在其他实施例中，可对已知接触表面积的射出成型材料与连接器针脚进行剪力测试，以得知破坏射出成型材料与连接器针脚之间的粘结接合所需的最小剪力。在步骤212中，将确认射出成型材料与连接器针脚之间的粘结接合所能承受的最大剪力Τ2。如前所述，公连接器110 (或母连接器120)的射出成型材料与连接器针脚之间的粘结接合强度需大于最大剪力Τ2，才能在施加最大剪力Τ2时维持连接器的整体性。在步骤214中，将计算公连接器110(或母连接器120)与连接器针脚之间的接触面积的长度L2。L2将决定公连接器110 (或母连接器120)与连接器针脚于长轴方向的最小接触长度。将最大剪力Τ2除以射出成型材料与连接器针脚之间单位面积的粘结接合强度τ 2后，可计算出公连接器110 (或母连接器120)的射出成型材料与连接器针脚之间所需的最小接触面积。由于射出成型材料放射状地(radially)围绕连接器针脚，连接器针脚与射出成型材料的总接触面积为“长轴方向的接触长度Li”与“连接器针脚的总周长c2”的乘积。在得知最小接触面积的前提下，可由最小接触面积除以c2得知L2，如下式所示L2 = Τ2/( τ 2Xc2)在步骤216中，将确认制造公连接器110或母连接器120。若是要制造公连接器 110如步骤218，散热器130的沟槽开口将置于射出成型的模具中。在以射出成型法形成公连接器110后，公连接器110的射出成型材料将于长轴方向接触散热器130的沟槽，且接触长度为Li。在此实施例中，公连接器110的射出成型材料于长轴方向的总长度将大于Li， 因此公连接器110经由散热器130的沟槽开口突出散热器130的边缘。在步骤220中，公连接器110的连接器针脚将钳合并置于至射出成型模具内，并经由散热器130的沟槽开口突出散热器130的边缘。在以射出成型工艺形成公连接器110后， 连接器针脚在长轴方向置于公连接器110的射出成型材料中的长度为L2。若是要制造母连接器120如步骤222，散热器130的沟槽开口将置于射出成型的模具中。在以射出成型法形成母连接器120后，母连接器120的射出成型材料将于长轴方向接触散热器130的沟槽，且接触长度为Li。在此实施例中，母连接器120的射出成型材料于长轴方向的总长度为Li，因此母连接器120完全凹入散热器130中，且母连接器120的射出成型材料的边缘与散热器130的边缘切齐。在步骤224中，母连接器120的连接器针脚将钳合并置于射出成型模具内，且由散热器130的边缘凹入。在以射出成型工艺形成母连接器120后，连接器针脚在长轴方向置于母连接器120的射出成型材料中的长度为L2。图3A为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法形成公连接器110时， 连接器针脚300与散热器130的相对位置。如步骤220所述，连接器针脚300经由连接器 110的沟槽开口突出散热器130的边缘。图3B为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法形成母连接器120时， 连接器针脚300与散热器130的相对位置。如步骤224所述，连接器针脚300自散热器130的边缘凹入。回到图2的步骤226中，熔融步骤202选择的射出成型材料后将其射入模具中，以形成公连接器110或母连接器120。在其他实施例中，可由单一射出成型步骤的单一模具中形成公连接器110与母连接器120。在此实施例中，将填充30%玻璃纤维的PBT射入模具中的工艺温度介于180°C至200°C之间。图4A为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法时，射出成型的公连接器110与散热器130的相对位置。公连接器110含有射出成型材料320与连接器针脚300。 射出成型材料320经由散热器130的沟槽开口突出散热器130的边缘。射出成型材料320 与散热器130的沟槽于长轴方向的接触长度为Li。连接器针脚300也经由散热器130的沟槽开口突出散热器130的边缘。连接器针脚300在长轴方向置于射出成型材料320中的长度为L2。图4B为本发明一个或多个实施例中，采用实施例2的方法时，射出成型的母连接器120与散热器130的相对位置。母连接器120也含有射出成型材料320与连接器针脚 300。具有长轴长度Ll的射出成型材料320由散热器130的边缘完全凹入，且射出成型材料320的边缘与散热器130的边缘切齐。此外，连接器针脚300自散热器130的边缘凹入。 连接器针脚300在长轴方向置于射出成型材料320中的长度为L2。回到图2的步骤228中，自模具中移出含有公连接器、母连接器120、与散热器130 的完整的连接器_散热器组装。在步骤230中，将含有LED阵列的LED印刷电路板160置入连接器_散热器组装的凹槽中。LED印刷电路板160也连接至公连接器110与母连接器 120以接收LED阵列所需的电源与控制信号。LED镜片150的阵列置于LED阵列上，以调整发光图案的形状，并视情况调整LED的发光波宽。在步骤232中，外罩140含有开口阵列， 使LED镜片150的阵列能固定于LED灯条模块100的顶部上。在本发明一个或多个实施例中，公开了 LED灯条模块的电性连接器的形成方法， 包括确认散热器的材料的热膨胀系数。散热器具有沟槽，且沟槽具有开口。选择射出成型材料，使射出成型材料与散热器的材料具有实质上相同的热膨胀系数。将散热器的沟槽的开口置于射出模具中，并钳合连接器针脚于射出模具内的散热器沟槽的开口中。熔融射出射出成型材料于射出模具中，以填满连接器针脚与散热器之间的空隙。于射出模具中固化射出成型材料，以形成电性连接器，其中电性连接器包括射出成型材料与连接器针脚，且射出成型材料放射状地包围组连接器针脚。最后自射出模具移出电性连接器与散热器。在本发明一个或多个实施例中，公开了 LED灯条模块的电性连接器的形成方法， 首先选择散热器，其中散热器具有沟槽，且沟槽具有开口。选择射出成型材料，其中射出成型材料具有防水性。将散热器的沟槽的开口置入射出模具中。钳合连接器针脚于射出模具中，使其位于散热器的沟槽的开口中。熔融射出射出成型材料于射出模具中，以填满连接器针脚与散热器之间的空隙，以形成电性连接器。电性连接器包括射出成型材料与连接器针脚，且射出成型材料放射状地包围连接器针脚。硬化射出成型材料，以形成防水封装于射出成型材料与散热器的沟槽之间。最后自射出模具移出电性连接器与散热器。在本发明一个或多个实施例中，公开一种LED灯条模块的连接器与散热器的组装，包括散热器，具有沟槽且沟槽具有开口。连接器位于沟槽的开口中，使散热器的沟槽与连接器形成防水封装，其中连接器包括射出成型材料与连接器针脚，且射出成型材料放射状地围绕连接器针脚。连接器由射出成型工艺所形成。 虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种LED灯条模块的电性连接器的形成方法，包括确认一散热器的材料的热膨胀系数，其中该散热器具有一沟槽，且该沟槽具有一开Π ；选择一射出成型材料，使该射出成型材料与该散热器的材料具有实质上相同的热膨胀系数；将该散热器的沟槽的开口置于一射出模具中； 钳合一组连接器针脚于该射出模具内的该散热器的沟槽的开口中； 熔融射出该射出成型材料于该射出模具中，以填满该组连接器针脚与该散热器之间的空隙；于该射出模具中固化该射出成型材料，以形成一电性连接器，其中该电性连接器包括该射出成型材料与该组连接器针脚，且该射出成型材料放射状地包围该组连接器针脚；以及自该射出模具移出该电性连接器与该散热器。
2.如权利要求1所述的LED灯条模块的电性连接器的形成方法，其中该电性连接器包括一公连接器，其中该公连接器自该散热器的沟槽的开口突出。
3.如权利要求1所述的LED灯条模块的电性连接器的形成方法，其中该电性连接器包括一母连接器，其中该母连接器自该散热器的沟槽的开口凹入。
4.如权利要求1所述的LED灯条模块的电性连接器的形成方法，其中该散热器的材料为铝6063，且该射出成型材料为填充30%玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二酯。
5.如权利要求1所述的LED灯条模块的电性连接器的形成方法，其中将该散热器的沟槽的开口置于该射出模具中的步骤包括固定该散热器，使该射出成型材料接触该散热器的沟槽的长度为Li，且其中钳合该组连接器针脚于该射出模具内的该散热器的沟槽的开口中的步骤包括固定该组连接器针脚，使该组连接器针脚置于该射出成型材料中的长度为L2， 其中 Ll = Τ1/( τ IXcl)且 L2 = Τ2/( τ 2Xc2)，其中Tl为该射出成型材料与该散热器之间的最大剪力； τ 1为射出成型材料与该散热器沟槽之间每单位面积的粘结接合强度； Cl为该散热器的沟槽的剖面周长； Τ2为该射出成型材料与该组连接器针脚之间的最大剪力； τ2为该射出成型材料与该组连接器针脚之间每单位面积的粘结接合强度；以及 c2为该组连接器针脚的总周长。
6.如权利要求1所述的LED灯条模块的电性连接器的形成方法，其中硬化该射出成型材料的步骤形成一防水封装于该射出成型材料与该散热器的沟槽之间。
7.—种LED灯条模块的连接器与散热器的组装，包括 一散热器，具有一沟槽且该沟槽具有一开口 ；以及一连接器位于该沟槽的开口中，使该散热器的沟槽与该连接器形成一防水封装，其中该连接器包括一射出成型材料与一组连接器针脚，且该射出成型材料放射状地围绕该组连接器针脚，以及其中该连接器由一射出成型工艺所形成。
8.如权利要求7所述的连接器与散热器的组装，其中该射出成型材料的热膨胀系数与该散热器的热膨胀系数实质上相同。
9.如权利要求7所述的连接器与散热器的组装，其中该散热器的材料为铝6063，且该射出成型材料为填充30%玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二酯。
10.如权利要求7所述的连接器与散热器的组装，其中该射出成型材料与该散热器沟槽的接触面积及该射出成型材料与该散热器沟槽间每单位面积的粘结强度的乘积，大于该连接器与散热器的组装所承受的最大剪力。
全文摘要
本发明提供一种LED灯条模块的连接器与散热器的组装及其形成方法，在该形成方法中，其防水连接器-散热器组装采用射出成型法包括选用热膨胀系数搭配的散热器与射出成型材料。将散热器与连接器针脚置于射出模具中。当射出成型材料硬化后，连接器的射出成型材料与散热器将形成防水封装，即完成整体的连接器-散热器组装。控制散热器与连接器针脚置入射出模具的位置，可确保射出成型材料与散热器之间的粘结接合大于最大剪力。本发明的连接器与散热器的组装无须胶粘即可实现防水封装及粘着接合的效果。
文档编号F21V31/00GK102444874SQ20111004406
公开日2012年5月9日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年10月7日
发明者叶伟毓, 孙志璿, 李孝文 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司