专利名称：Led模块的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及一种发光二极管(LED)模块，并且具体地涉及一种用在诸如手电筒和头灯的手持和其他便携式照明设备中的LED模块。
背景技术：
LED已被用在多种应用中，包括照明手表，从远程控制传送信息以及在巨型电视屏幕上形成图像。最近，由于(除其他之外)LED较之常规的手电筒和头灯中普遍使用的白炽灯可以持续更长时间，更高效地产生光并且更耐用，因此LED已被用在便携式照明设备(诸如手电筒和头灯)中。然而，LED的亮度和预期寿命典型地随着温度的增加而降低。因此，需要有效热消散以将LED的温度维持在其设计限制内。此外，对许多LED模块的限制是用于将LED固定到其支撑基板的介质。当前的LED 模块使用热导环氧树脂(thermal epoxy)或者其他类似的物质。热导环氧树脂难于一起工作并且需要延长的固化时间。使用热导环氧树脂的LED附接还具有增加的过早故障的发生率。对许多LED模块(特别是预期用在手电筒和其他便携式照明设备中的LED模块) 的另一限制是它们不能防止照明设备在电源(例如，一个或更多个电池)未被正确对准时的操作。对已知LED模块，诸如美国专利公开2007/0058366A1 (2007年3月15日公开)中描述的LED模块，另一限制是它们相对复杂的组装或制造。最后，对用在便携式照明设备中的许多LED模块的另一限制是它们易于因电中断和/或来自外力的冲击而发生故障。考虑到前面的对当前的LED模块的限制，本发明的一个目的在于提供一种改进的 LED模块，其至少部分地改善了一个或更多个前面的现有技术的问题。
发明内容
为此目的，在优选实施例中，提供了 LED模块，其包括LED、第一电路板、由下接触部和下绝缘体形成的下组件、第二电路板、由上绝缘体和上接触部形成的上组件、以及由外壳体和接触环形成的散热器。LED和散热器优选地经由焊料连接固定到第一电路板。具有通过热导过孔(thermal via)连接的多个导热层的第一电路板促进热从LED到散热器的迅速且高效的传输。在优选实施例中，LED模块还提供了 LED和第一电路板之间的接合以及第一电路板和散热器之间的接合，这呈现出改进的热、电和机械特性，并且不易于发生过早的故障。在优选实施例中，LED模块还提供针对向LED提供能量的电源的不正确的插入或对准的保护，以及改进的机械稳定性和对外力的抗冲击性。在优选实施例中，LED模块还提供部件之间的电连通的通道中的冗余，由此使模块不太易于因电中断而引起故障。在优选实施例中，LED模块还提供了改进的组件，其容忍较大的机械容差，消除了固化时间，并且在其构成部件的取向上具有增加的灵活性。结合其中以示例的方式图示了 LED模块的优选实施例的附图考虑下面的描述，将更好地理解LED模块的另外的方面、目的、期望的特征和优点。然而，应当明确地理解，附图仅用于说明的目的，而并非意图限制本发明。
图1是LED模块的透视图。
图2是LED模块的侧视图。
图3是示出组装之前的LED模块的部件的分解视图。
图4是如沿图1中的平面4-4看到的图1的LED模块的纵向截面视图。
图5是如沿图1中的平面5-5看到的图1的LED模块的纵向截面视图。
图6是图3的第一电路板的透视图。
图7是图3的第一电路板的底视图。
图8是第一电路板、LED和接触环的多平面横截面视图。
图9是图3的接触环的透视图。
图10是图3的下接触部的透视图。
图11是图3的下绝缘体的透视图。
图12是图3的下绝缘体的顶视图。
图13是下绝缘体和下接触部的底视图。
图14是图3的第二电路板的透视图。
图15是图3的第二电路板的侧视图。
图16是图3的上组件的透视图。
图17是图3的上组件的侧视图。
图18是图3的上组件的顶视图。
图19是配备有具有根据本发明的特征的LED模块的手电筒的横截面视图。
图20是配备有具有根据本发明的特征的LED模块的手电筒的放大的横截面视图。
具体实施例方式图1至5中示出了根据优选实施例的LED模块10。在图示实施例中，LED模块10 包括LED 20，第一电路板30，由下接触部50和下绝缘体60形成的下组件55，第二电路板 70，由上绝缘体80和上接触部90、91形成的上组件85，以及由外壳体100 (优选地由金属制成)和接触环40形成的散热器101。LED 20可以是任何可以被焊接到印刷电路板的发光二极管。优选地，可以使用丝网施加的焊料膏和回流炉将LED 20焊接到第一电路板30。更优选地，LED 20是可从 Philips Lumileds Lighting Company, LLC 商业上获得的LUXEON Rebel 产品。LED 20具有上表面200和下表面210。上表面200具有二极管220，其能够在远离上表面200的方向上发射可见光。下表面210具有以常规方式与二极管220电连通的正接触部和负接触部(未示出)。下表面210还具有热衬垫(heat pad)(未示出)，其与二极管220热连通。图6至8图示了第一电路板30的一个实施例。在本实施例中，第一电路板30通常是圆形的。第一电路板30具有上表面300和下表面305。第一电路板30的直径优选地约5/16”，厚度小于1/16”，并且优选地由金属包覆印刷电路板形成。第一电路板30提供三个主要功能。首先，其用作用于支撑LED 20的基板。其次，其用作用于使热从LED20传输到散热器101的接触环40的热导体。第三，其用作手电筒的电路的一部分。特别地，第一电路板30的一个导体将LED 20的一个端子(优选地，正端子)经由上接触部91和第二电路板70电连接到下接触部50，并且第一电路板30的第二导体将LED 20的第二端子(优选地，负端子)经由接触环40电连接到外壳体100。如图6中所示，非电传导基板310部分地限定了上表面300。此外，在优选实施例中，上表面300包括相对小的且矩形的正端子315、相对小的且矩形的负端子320、以及相对大的且矩形的热衬垫(thermal pad) 325。其他衬垫形状也是可能的。上表面300还包括第一和第二通常“L”形的台面(landing) 330、335，其围绕接近第一电路板30的外缘340的外围安置。占据略低于外周一半的第一台面330具有宽区域 345和窄区域350。也占据略低于外周一半的第二台面335也具有宽区域355和窄区域360。 宽区域345、355彼此相对安置。类似地，窄区域350、360彼此相对安置。第一和第二台面 330,335与负端子320和热衬垫325电连通。正端子315与上表面300的其余部分电隔离。如图7中所示，非电传导基板365部分地限定了下表面305。此外，在优选实施例中，下表面305包括矩形的正端子370。正端子370位于下表面305的中心附近，其纵轴对准在与上表面300上的热衬垫325的纵轴相同的方向上。正端子370没有任何部分到达第一电路板30的外边缘340。下表面305还包括两个另外的衬垫区域。第一衬垫区域是外边缘340附近的占据略低于外周一半的通常“C”形的负端子375。第二衬垫区域是外边缘340附近的也占据略低于外周一半的另一通常“C”形的负端子380。下表面305上的非电传导基板365的延伸到外边缘340的部分被安置在上表面300上的通常“L”形的台面330、335的宽区域345、 355下方。LED 20的下表面210通过丝网施加的焊料膏附接到第一电路板30的上表面300， 其随后被发送通过回流炉。LED 20的下表面210被相对于第一电路板30的上表面300取向为使得LED 20的热衬垫位于热衬垫325上方，LED 20的正接触部位于正端子315上方， 并且LED 20的负接触部位于负端子320上方。LED 20的下表面210上的正接触部因此与第一电路板30的上表面300上的正端子315电连通，并且LED20的下表面210上的负接触部与第一电路板30的上表面300上的负端子320电连通。此外，LED 20的上表面200上的二极管220经由LED20的下表面210上的热衬垫与第一电路板30的上表面300上的热衬垫325热连通。使用丝网施加的焊料膏而非热导环氧树脂或者其他类似材料来使LED 20附接到第一电路板30提高了这些结构之间的热传输的效率。通过消除与粘合剂物质一起工作以及固化时间的需要，其还简化了组装过程并且提高了组装速度。此外，焊料连接的强度减小了该附接的过早故障的可能性，而热导环氧树脂随时间变脆。如图8中所示，第一电路板30优选地包括多个平行的导热材料(优选地是诸如铜的金属)层。更优选地，这些层包含4盎司铜。第一电路板30优选地具有四个这样的层 385-388。盲热导过孔390、395热连接除了最低的铜含量层388之外的所有层。多个这些盲过孔390被安置在热衬垫325附近。这些盲过孔390将热从二极管220通过热衬垫325 抽取到高的铜含量层385-387。多个盲热导过孔395也被安置在第一和第二台面330、335 附近，特别集中在其宽区域345、355上。盲过孔395将热从高的铜含量层385-387抽取到第一和第二台面330、335。第一电路板30还包括电通孔(through via) 397、398，其连接所有铜含量层 385-387。至少一个电通孔397使上表面300上的正端子315与下表面305上的正端子370 连接。此外，至少一个电通孔398使上表面300上的负端子320与下表面305上的每个负端子375和380连接。第一电路板30还可以包括对准孔399，其从上表面300穿过板的整个厚度行进到下表面305。这些对准孔399优选地被安置在第一和第二台面330、335之间的第一电路板 30的外围上，并且可以用于使第一电路板30相对于上绝缘体80和上接触部90、91对准。图9图示了优选实施例的接触环40。接触环40形成了本实施例中的散热器101 的一部分。接触环40通常是椭圆形的(oval shaped)，具有矩圆的(oblong)中心腔400 和隆起的主体405，该主体405具有上表面410和下表面415。主体405包括第一宽部分 420、第二宽部分425 (按中心腔400的宽度与第一宽部分420相对)、第一窄部分430和第二窄部分435 (按中心腔400的长度与第一窄部分430相对)。接触环40还具有第一侧面部分440 (附接到隆起的主体405的第一窄部分430)、第二侧面部分445 (附接到第二窄部分43 和多个鳍状物450、455(分别附接到侧面部分440、44 。侧面部分440、445通常垂直于主体405取向，并且向下延伸远离主体405的下表面415。鳍状物450、455通常垂直于侧面部分440、445取向，并且延伸远离侧面部分440、445和主体405。主体405的下表面415优选地通过丝网施加的焊料膏附接到第一电路板30的上表面300上的台面330、335，其随后被发送通过回流炉。这优选地在LED 20的下表面210 附接到第一电路板30的上表面300的同时发生。主体405的下表面415相对于第一电路板30的上表面300取向，从而LED 20位于中心腔400内。此外，中心腔400足够大，从而 LED 20的下表面210上的正接触部和第一电路板30的上表面300上的正端子315通过非电传导基板310与接触环40电隔离。主体405的下表面415相对于第一电路板30的上表面300取向，从而使得主体405 的第一宽部分420被直接安置在第一电路板30的上表面300上的第一宽区域345上方，主体405的第二宽部分425被直接安置在第一电路板30的上表面300上的第二宽区域355 上方，主体405的第一窄部分430被直接安置在第一电路板30的上表面300上的第一窄区域350上方，并且主体405的第二窄部分435被直接安置在第一电路板30的上表面300上的第二窄区域360上方。因此，第一宽部分420与第一宽区域345热和电连通，第二宽部分 425与第二宽区域355热和电连通，第一窄部分430与第一窄区域350热和电连通，并且第二窄部分435与第二窄区域360热和电连通。然而，将理解，接触环40相对于第一电路板30的上表面300的以上配置并不意味着是限制性的。例如，也可以适当地使用其他形状的台面和接触环。主要方针是将热从第一电路板30传输到接触环40。在图示配置中，热从第一和第二台面330、335的宽区域345、355传输到主体405的宽部分420、425。随后热从主体405的宽部分420、425传输到第一和第二侧面部分440、445，并且随后传输到从两个侧面部分440、445向外发散的多个鳍状物 450、455。接触环40优选地由单铍铜件制成，或者由另一导电和导热材料制成。图10图示了本实施例的下接触部50。下接触部50具有第一电路板夹紧元件500、 第二电路板夹紧元件520、主部分540和片簧550。第一电路板夹紧元件500、第二电路板夹紧元件520、主部分540和片簧550均彼此电连通，并且优选地由铍铜片料形成。第一电路板夹紧元件500包括第一叉齿(prong) 502、第二叉齿504、和基部506。 第一和第二叉齿502、504结合基部506限定了孔隙空间(interstitial space) 508。孔隙空间508在与基部506相对的方向上是开放的。第一和第二叉齿502、504优选随着它们传播远离基部506，向内朝向孔隙空间508扩宽。这导致了叉齿502、504的末端510和512附近的孔隙空间508的缩窄。因此，插入到孔隙空间508中的具有足够宽度的电路板的任何部分可以由第一和第二叉齿502、504机械地保持在适当的位置，并且可以由基部506支撑。 叉齿502、504的末端510、512优选地也是圆形的，以便于将至少一部分电路板插入在第一和第二叉齿502、504之间并且插入到孔隙空间508中。第二电路板夹紧元件520与第一电路板夹紧元件500相同，并且具有第一叉齿 522、第二叉齿524、和基部526。第一和第二叉齿522、524结合基部526限定了孔隙空间 528。下接触部50的主部分540优选地基本上是圆形的，具有上表面542和下表面M4， 并且打有若干个孔M6。这些孔546提供了下绝缘体60围绕下接触部50注模成型时的流动路径，并且有助于将下接触部50机械锁定到下绝缘体60。第一和第二电路板夹紧元件 500,520与主部分540物理接触，并且优选地按等于主部分MO的直径的一半的距离隔开。 第一和第二电路板夹紧元件500、520垂直于上表面542取向，叉齿末端延伸远离上表面542 并且孔隙空间508、5观彼此对准。在该配置中，由第一和第二电路板夹紧元件500、520保持在适当位置的印刷电路板将垂直于上表面542取向并且将延伸远离上表面M2。片簧550位于与下接触部50的下表面544相邻的位置。其优选地采取凸“U”形的形式。第一末端5M在卷折555处连接到主部分M0。此外，片簧550优选地被形成为当弹簧处于无偏状态时第二末端552与下表面544物理接触，但是片簧550的其余部分与下表面544隔开(最大间隔大致在第一和第二末端554、552之间的半途处)。因此片簧550 能够与电池的阳极端子电连通，同时如果阳极端子朝向片簧550加速，片簧550仍提供某种程度的冲击吸收。可替选地，在其中LED模块10不与电池的阳极端子直接接触的便携式照明设备中，下接触部50的片簧550有助于确保建立和维持与形成照明设备的主电源电路的一部分的相邻导电元件的电接触。下接触部50优选地由单铍铜件制成，或者由另一适当的导电材料制成。图11至12图示了优选实施例的下绝缘体60。下绝缘体60由非导电和非导热材料形成，优选地由能够承受升高的温度的液晶聚合物形成。下绝缘体60优选地围绕下接触部50注模成型，形成下组件55 (包括下绝缘体60和下接触部50)。下绝缘体具有周壁600和基部620，它们一起形成了中心腔630。中心腔630在与基部620相对的方向上是开放的。
周壁600的外表面602 (从其上边缘604向下延伸)基本上是圆形的，具有通常均勻的直径。然而，在上边缘604和基部620之间的大致中间点处，周壁600的外表面602的直径逐渐增加。周壁600的外表面602的直径的逐渐增加继续，直到临近基部620之前。此时，周壁600的外表面602的直径突然减小，并且保持均勻直到到达基部620，由此形成周槽 606。基部620在周槽606下方。基部620基本上也是圆形的，具有通常均勻的直径。然而，基部620的直径大于周壁600的任何部分。因此其形成了周边突出部(ledge) 622，其中基部620的顶部与周槽606的底部相接。如在图13中最佳看到的，基部620的下表面6M具有凹陷区域626，其在下组件55 的模制成型完成之后容纳下接触部50的片簧550。片簧550位于凹陷区域6 中，从而没有片簧550的部分向外延伸到或者越过由基部的下表面6M形成的平面。该特征可以用作其中LED模块10预期将直接连接到电池阳极的便携式照明设备中的反极性(anti-polarity) 设备。换言之，如果电源(诸如电池)被安放在照明设备体内，非阳极(例如，阴极)端子面对基部的下表面624，则优选实施例的LED发光模块10将不接收来自电源的电能。然而， 当电源被正确地安放在照明设备体内时，或者在LED模块10预期不与电源物理接触的其他应用中，该特征也有助于防止在照明设备跌落或者以其他方式接收明显的碰撞的情况下配合的导电元件对模块的损坏。在下组件55的模制成型完成之后，下接触部50的第一和第二电路板夹紧元件 500、520分别突出到中心腔630中，如在图4中最佳看到的。然而，将理解，第一和第二电路板夹紧元件500、520相对于下绝缘体60的图示取向并非是限制性的。基部还具有支撑元件640，其突出到中心腔630中，并且防止在第二电路板70插入其中时第一和第二电路板夹紧元件500、520向侧面弯曲。周壁600的内表面608优选地具有不规则的直径。例如，内表面608优选地具有彼此相对安置的第一竖直槽610和第二竖直槽612。在下组件85的模制成型完成之后，这些第一和第二竖直槽610、612与电路板夹紧元件500、520的孔隙空间508、5观对准。结果， 由电路板夹紧元件500、520保持的第二印刷电路板70不仅由电路板夹紧元件500、520而且还由竖直槽610、612支撑在适当的位置。此外，通过减小第一和第二竖直槽610、612附近的周壁600的宽度，可以在不必增加外表面602的直径的情况下将更大的电路板插入到中心腔630中。周壁600的上边缘604优选地包括第一对叉齿614和第二对叉齿616，它们在远离基部的方向上向上延伸。第一对叉齿614通常与第一电路板夹紧元件500的叉齿502、504 对准，在第一电路板夹紧元件500的任一侧上有该对中的一个叉齿。第二对叉齿616通常与第二电路板夹紧元件520的叉齿522、5M对准，在第二电路板夹紧元件520的任一侧上有该对中的一个叉齿。在竖直槽610、612附近不存在叉齿。如下文更详细描述的，叉齿协助LED模块10的组装期间下绝缘体60和上组件85的对准，由此防止第二印刷电路板70 的扭曲(或者至少使其最小化)。现在描述优选实施例的第二电路板70。如图14中看到的，第二电路板70通常是矩形的。其具有第一面700、第二面710、上边缘720、下边缘730、第一侧边缘740和第二侧边缘750。优选地，第二电路板70沿第一和第二侧边缘740、750的长度是1/2”，沿上和下
10边缘720、730的宽度是3/8”，并且厚度小于1/16”。第二电路板70用作LED驱动器板，并且被配置来调节递送到LED 20的电流，优选地基于LED20的温度进行调节。其还可以提供另外的功能，诸如电子开关。在美国专利公开2007/0058366A1中描述了如下的能量调节电路，其可以并入在第二电路板70上并且能够基于LED 20的感测温度调节递送到LED20的能量，其描述通过引用合并于此。第二电路板70具有第一下接触衬垫702和第二下接触衬垫704。下接触衬垫702、 704通常是矩形的并且被安置在第二电路板70的第一面700上。也在第二电路板70的第二面710上安置极大相同的第一和第二下接触衬垫712、714。第一和第二对下接触衬垫702、 712和704、714位于第二电路板70的下边缘730附近，距侧边缘740、750的距离大致相等。可以通过将第二电路板70的下边缘730插入到下绝缘体60的中心腔630中，从而使得第二电路板70的侧边缘740、750中的一个与下绝缘体60中的竖直槽610、612中的一个配合，而另一个侧边缘与另一个竖直槽配合，将第二电路板70连接到下接触部50。在完全插入之后，下接触衬垫702、712和704、714中的一对将被下接触部50的电路板夹紧元件500、520中的一个的叉齿咬合，而下接触衬垫中的另一对最终将被下接触部50的另一电路板夹紧元件的叉齿咬合。此时，下接触衬垫702、712和704、714与下接触部50物理接触并电连通。此外，下电路板夹紧元件500、520通过干涉型(interference type)接触夹紧第二电路板。由于下接触衬垫702、712和704、714优选地基本上大于下接触部50的第一和第二电路板夹紧元件500、520的宽度，因此简化了组装过程。因此，制造容差不需要是严格的。此外，由于下接触衬垫互为镜像，因此第二电路板70可以按其中第二电路板70的下接触衬垫702、712和704、714被首先插入下绝缘体60的两个可能的取向中的任一个插入。第二电路板70和下接触部50之间的物理连接也具有增加的稳定性。特别地，下接触部50的第一和第二电路板夹紧元件500、520在第二电路板70的纵向中心线的相对两侧彼此隔开。还通过第二电路板70的侧边缘740、750和下绝缘体60的竖直槽610、612之间的相互作用，增加了稳定性。第二电路板70和下接触部50之间的电连接还因为所提供的冗余而具有增加的可靠性。特别地，即使第一电路板夹紧元件500或第二电路板夹紧元件520被中断，LED模块 10仍能够发挥作用。第二电路板70还具有第一上接触衬垫706和第二上接触衬垫708。上接触衬垫 706,708通常是矩形的并且被安置在第二电路板70的第一面700上。也在第二电路板70 的第二面710上安置极大相同的第一和第二上接触衬垫716、718。第一和第二对上接触衬垫706、716和708、718位于第二电路板70的上边缘720附近，一对在第一侧边缘740附近并且一对在第二侧边缘750附近。此两者距它们各自的侧边缘的距离大致相等以维持第二电路板70的镜像和冗余特征。第二电路板70还具有安置在其第一面700上的第三上接触衬垫709和安置在其第二面上的极大相同的第三上接触衬垫719。第三上接触衬垫709、719的对位于第二电路板70的上边缘720附近，大致在侧边缘740、750之间的半途处。尽管通常也是矩形的，但是第三对上接触衬垫709、719优选地大于第一和第二对下接触衬垫702、712和704、714以及第一和第二对上接触衬垫706、716和708、718。
上和下接触衬垫对优选地镀覆有金，或者镀覆有另一导电和抗腐蚀材料。现在描述优选实施例的上组件85 (包括上绝缘体80和上接触部90、91)。如图16 至18中所示，优选实施例的上绝缘体80由非导电和非导热材料形成，优选地由能够承受升高的温度的液晶聚合物形成。上接触部90、91优选地由铍铜制成，或者由另一导电材料制成。上绝缘体80优选地围绕上接触部90、91注模成型，形成上组件85。上组件85具有上表面800和下侧面810。上表面800通常是椭圆形的，具有通常平坦的表面。一对接地下接触部90暴露在上组件85的上表面800上，一个上接触部90被大致置于上绝缘体80的横向中心线和外周之间的中间(在横向中心线的一侧上)，并且另一个上接触部90被大致置于上绝缘体80的横向中心线和外周之间的中间(在横向中心线的相对侧上)。正上接触部91优选地沿上绝缘体80的横向中心线暴露在上表面800上。 上接触部90、91彼此没有物理接触。第一电路板30的下表面305上的正和负端子370、375、380通过丝网施加的焊料膏附接到上接触部90、91的暴露部分，其随后被发送通过回流炉。这优选地是在LED 20的下表面210和接触环40的下表面415附接到第一电路板30的上表面300之后发生的。第一电路板30的下表面305相对于上接触部90、91取向，从而使得第一电路板30 的下表面305上的正端子370被安置在上接触部91的暴露部分上方并且与其对准，第一电路板30的下表面305上的第一负端子375被安置在上接地接触部90对中的一个接地接触部的暴露部分上方，并且第一电路板30的下表面305上的第二负端子380被安置在上组件 85的上表面800上暴露的另一上接地接触部90的暴露部分上方。因此正端子370与上接触部90电连通，第一负端子375与上接触部90电连通，并且第二负端子380与另一接触部 90电连通。前面的配置允许第一电路板30相对于第一电路板30取向在两个可能的取向中的任一个上。通过两个对准栓820辅助第一电路板30在两个可能的取向之一上相对于上接触部90、91的取向，对准栓820延伸远离上绝缘体80的上表面800。这些栓820咬合第一电路板30中的相应的对准孔399。 第一电路板30和上接触部90之间的电连接也由于所提供的冗余而具有增加的可靠性。特别地，如果任一上接触部90中断，模块10仍能够发挥作用。上组件85的上表面800是更加椭圆形的并且略大于第一电路板30的下表面305。 结果，上组件85的上表面800的未被第一电路板30的下表面305覆盖的那些部分由从接触环40的侧面部分440、445向外发散的鳍状物450、455覆盖。上接地接触部90具有主部分902，其嵌入在上绝缘体80中并且在上表面800上暴露；以及电路板夹紧元件904，用于夹紧第二电路板70，其与结合下接触部50描述的类似。上接触部91具有主部分922，其嵌入在上绝缘体80中并且在上表面800上暴露；以及一对电路板夹紧元件924，其与结合下接触部50描述的类似。在上组件85的模制成型完成之后，上接触部90的电路板夹紧元件904通常在上接触部90的主部分902下方，在上绝缘体80的下侧面810下方突出。类似地，电路板夹紧元件拟4通常在上接触部91的主部分922下方，在上绝缘体80的下侧面810下方突出。上组件85还具有支撑元件830，其在上绝缘体80的下侧面810下方突出并且被配置为防止在插入第二电路板70时电路板夹紧元件904、拟4弯曲。
在组装模块10时，第二电路板70的第一对上接触衬垫706、716由一个上接触部 90的电路板夹紧元件904的叉齿咬合，而第二电路板70的第二对上接触衬垫708、718由另一上接触部90的电路板夹紧元件904的叉齿咬合。类似地，第二电路板70的第三对上接触衬垫709、719由上接触部91的电路板夹紧元件924的对的叉齿咬合。因此第一对上接触衬垫706、716与一个上接触部90电连通，第二对上接触衬垫708、718与另一上接触部90 电连通，并且第三对上接触衬垫709、719经由电路板夹紧元件拟4的对与上接触部91电连
ο由于上接触衬垫706、716、708、718和709、719优选地基本上大于上接触部90、91
的各自的电路板夹紧元件904、拟4的宽度，因此简化了组装过程。因此，制造容差不需要是严格的。此外，以上配置还允许将上组件85在两个可能的取向中的任一取向上安装在第二电路板70上。第二电路板70和上接触部90、91之间的物理连接还具有增加的稳定性。特别地， 上接触部90的电路板夹紧元件904在第二电路板70的纵向中心线的相对两侧上彼此隔开。也通过咬合第三对上接触部709、719的电路板夹紧元件拟4增加了稳定性。由于电路板夹紧元件904的对和电路板夹紧元件924的对提供的冗余，第二电路板70和上接触部90、91之间的电连接也具有增加的可靠性。特别地，如果电路板夹紧元件 904中的一个或者电路板夹紧元件924中的一个中断，LED模块10仍能够发挥作用。如图4中最佳看到的，从下绝缘体50的上边缘604突出的两对叉齿614、616协助上组件85相对于下组件55和第二电路板70的对准。叉齿614、616还防止下组件55相对于上组件85移动，由此防止第二电路板70的扭曲。本实施例的散热器101包括接触环40和外壳体100，其优选由金属制成。本实施例的外壳体100通常是圆柱形的并且具有周壁110，其具有上盖112和下边缘114。上盖 112限定了通常圆形的上开口 116并且下边缘114限定了通常圆形的下开口 118。中心腔在周壁内。周壁110通常是圆形的，具有均勻的厚度。周壁110的直径在从上盖112到下边缘114的任何点处仅略微大于下绝缘体60的周壁600的外表面602的相应直径。然而，不存在相应的周槽606。因此，LED 20、第一电路板30、接触环40、下绝缘体60 (具有下接触部50)和上绝缘体80(具有上接触部90、91)可以经由下开口 118插入到散热器100的中心腔中。在完全插入时，LED 20和一部分接触环40通过上开口 116暴露。在该位置，周壁110的下边缘 114由下绝缘体60的周边突出部622支撑。随后通过其覆盖下绝缘体60的周槽606的位置处向内卷折外壳体100的周壁110，使外壳体100在该位置紧闭到下绝缘体60。在组装时，外壳体100与接触环40物理、电且热连通。特别地，上盖112至少与接触环40的多个鳍状物450、455物理接触。可以通过将焊料膏注射到直接安置在接触环 40的多个鳍状物450、455上方的、在上开口 116的相对两侧的上盖112中的两个接入凹口 (access notch) 120中，并且随后使整个LED模块10行进通过回流炉，来改进该物理、电和热连通。然而，优选地，使用较低温度的焊料成分(例如，具有较低的固相线温度和/或较低的液相线温度的焊料成分)，从而使得回流炉的温度可以优选地比用于附接LED 20的炉的低，并且优选在用于将接触环40和上接触部90、91焊接到第一电路板30的焊料成分的
13固相线温度之下。外壳体100由导电和导热材料制成，优选地由镀镍的铝制成。根据本发明的LED模块可以在多种照明设备中使用，包括诸如手电筒和头灯的便携式照明设备。如图19至20中所示，例如，LED模块10可以被安置为使得手电筒12的电源16 (例如，一个或更多个电池)的阳极端子14与下接触部50的片簧550电连通，并且外壳体100与电源16的阴极端子28电连通。尽管图19至20示出了阳极端子14通过包括若干个结构的导电通路与片簧550电连通，但是模块10也可以可替选地被安置为使得 阳极端子14通过任何其他的导电通路(包括直接物理接触)与片簧550电连通。类似地， 尽管图19至20示出了外壳体100通过包括若干个结构(包括筒18)的导电通路与阴极端子观电连通，但是模块10也可以可替选地被安置为使得外壳体100通过任何其他的导电通路(包括与筒18的直接物理接触)与阴极端子观电连通。LED 20位于手电筒的反射器 32中以通过透镜22投射光。将明确地理解，本发明不限于这里描述的手电筒12。此外，如在阅读本公开之后对于本领域的技术人员变得明显的，LED模块10的一个或更多个方面也可以被并入到其他便携式照明设备中，包括例如，头灯。现将描述优选实施例中的离开LED 20的热能的流动。LED 二极管220生成的热通过LED 20的下表面210上的热衬垫传输到第一电路板30的上表面300上的热导衬底325。 随后热从热导衬底325通过第一电路板30的多个平行的高铜含量层385-388和热导过孔 390,395传输到接触环40的主体405中。热随后从接触环40的主体405通过其侧面部分 440、445传输到其鳍状物450、455。热随后从鳍状物450、455传输到外壳体100。然而，热也直接从接触环40的主体405经由在两个接入凹口 120附近形成的焊料接点传输到散热器101的外壳体100。一个选择是随后将热从外壳体100传输到手电筒12的筒18或者照明设备的其他的大的导热体。现将描述能量通过配备有LED模块10的手电筒12的流动。在一个或更多个电池 16中产生电能。电力从最前面的电池的阳极端子14(通过可以包括轻触(snap in)接触 34、L形接触36、组装电路板38、L形接触42、内接触套筒44、弹簧46、外接触套筒48和压盘(compact disc) 52)通过下接触部50的片簧550流到LED模块10中。电力随后流出下接触部50，并且通过在下接触部50的电路板夹紧元件500、520与第二电路板70的下边缘 730附近的第一和第二对下接触衬垫702、712和704、714之间形成的电连接，流入第二电路板70。电能随后流出第二电路板70，并且通过在第二电路板70的下边缘720附近的第三对上接触衬垫709、719与上接触部91的电路板夹紧元件拟4的对之间形成的电连接，流入上接触部91。电能随后流出上接触部91的主部分922，并且通过第一电路板30的下表面 305上的正端子370流入第一电路板30。电能随后使用电过孔397流过第一电路板30，并且通过正端子315与LED 20的下表面210上的正接触部之间的焊料接合进入LED 二极管 220，然后在这里电能流过二极管220，以产生光。从LED 二极管220开始，电能离开LED 20，并且通过LED 20的下表面210上的负接触部与第一电路板30的负端子320之间的焊料接合流回上电路板30。电能随后从第一电路板30通过在第一电路板30的上表面300上的第一和第二台面300、335与散热器101 的接触环40部分的主体405的第一和第二宽部分420、425之间形成的焊料接点流入接触环40。电能随后从接触环40流到散热器101的外壳体100，并且随后流到筒18 (通过可以包括球22、球壳体M、接地接触部58、和紧固螺钉62的导电通路)或者手电筒12的其他电连接源。电能从筒18或通过另一电连接流入尾盖M，通过尾盖弹簧沈并且流入最后面的电池的阴极端子28，由此完成回路。此外，第一电路板30提供了用于第二电路板70的接地。接地连接从第一电路板 30的上表面300上的负端子320通过电过孔398行进到第一电路板30的下表面上的负端子375、380。负端子375、380依次与上接触部90电连通，上接触部90又通过在两个电路板夹紧元件904与第一和第二对上接触衬垫706、716和708、718之间形成的电连接与第二电路板70电连通。尽管在前述公开中呈现了改进的LED模块的优选实施例及其各个部件，但是本领域的技术人员可以设想许多修改、变更、可替选的实施例和可替选的材料，并且可以利用它们实现本发明的各方面。因此，将清楚地理解，这里的描述仅是以示例的方式进行的，并非是对要求保护的本发明的范围的限制。而且，尽管使用了诸如上和下的方向性术语以便于描述优选实施例，但是并不意味着优选实施例的部件的相对取向受此限制。
权利要求
1.一种发光模块，包括a)电路板；b)发光二极管，通过焊料附接到所述电路板；以及c)散热器，通过焊料附接到所述电路板；d)其中所述散热器包括外壳体。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其中所述电路板具有多个导热层。
3.根据权利要求2所述的发光模块，其中所述多个导热层中的两个或更多个通过过孔连接。
4.根据权利要求3所述的发光模块，其中所述过孔中的一个或更多个过孔是盲过孔。
5.根据权利要求1所述的发光模块，其中所述散热器通过所述电路板与所述发光二极管热和电连通。
6.根据权利要求1所述的发光模块，其中所述发光模块进一步包括第二电路板，并且所述第二电路板与所述电路板电连通。
7.根据权利要求6所述的发光模块，其中所述第二电路板控制所述发光二极管。
8.根据权利要求7所述的发光模块，其中所述第二电路板用作用于所述发光二极管的电子开关。
9.根据权利要求6所述的发光模块，其中所述第二电路板通过多个电连接器与所述电路板电连通。
10.根据权利要求9所述的发光模块，其中所述多个电连接器中的两个或更多个相对于所述第二电路板的纵向中心线相等地隔开。
11.根据权利要求6所述的发光模块，其中所述第二电路板能够在相对于所述电路板的多个取向上维持与所述电路板的电连通。
12.根据权利要求6所述的发光模块，其中所述发光模块进一步包括接触部，并且所述接触部与所述第二电路板电连通。
13.根据权利要求12所述的发光模块，其中所述接触部通过多个电连接器与所述第二电路板电连通。
14.根据权利要求13所述的发光模块，其中所述多个电连接器中的两个或更多个电连接器相对于所述第二电路板的纵向中心线相等地隔开。
15.一种发光模块，包括a)导热电路板；b)发光二极管，通过第一焊料成分附接到所述导热电路板；以及c)散热器，包括导热部件和外壳体，通过第二焊料成分附接到所述导热电路板；d)其中所述导热部件通过第三焊料成分附接到所述外壳体，所述第三焊料成分的液相线温度低于所述第一焊料成分和所述第二焊料成分的液相线温度。
16.根据权利要求15所述的发光模块，其中所述第一焊料成分和所述第二焊料成分是相同的。
17.根据权利要求16所述的发光模块，其中所述发光二极管与所述散热器电连通。
18.一种照明设备，包括a)主体；以及b)发光模块，容纳在所述主体中，包括发光二极管、电路板和散热器；c)其中所述发光二极管通过焊料附接到所述电路板；d)其中所述散热器通过焊料附接到所述电路板；以及e)其中所述散热器与所述主体和所述发光二极管电连通。
19.根据权利要求18所述的照明设备，其中所述主体容纳具有阳极接触部和阴极接触部的电源，其中所述发光模块进一步包括与所述电路板电连通的接触部，并且其中所述发光模块被配置来防止所述电源的所述阴极接触部和所述发光模块的所述接触部之间的电连通，同时允许所述电源的所述阳极接触部和所述发光模块的所述接触部之间的电连通。
20.根据权利要求19所述的照明设备，其中所述发光模块的所述接触部是片簧。
21.根据权利要求9所述的发光模块，其中绝缘体被安置在所述电路板和所述第二电路板之间。
22.根据权利要求21所述的发光模块，其中所述绝缘体通过注模成型形成。
23.根据权利要求22所述的发光模块，其中所述绝缘体与所述多个连接器共同模制成型。
24.根据权利要求13所述的发光模块，其中绝缘体被安置在所述电路板和所述第二电路板之间。
25.根据权利要求M所述的发光模块，其中所述绝缘体通过注模成型形成。
26.根据权利要求25所述的发光模块，其中所述绝缘体与所述多个连接器共同模制成型。
27.一种发光模块，包括a)第一电路板；b)发光二极管，通过焊料附接到所述第一电路板的第一面；c)上绝缘体组件，包括上绝缘体和在所述上绝缘体中共同模制成型的上接触部，所述上接触部包括在所述上绝缘体的第一面上的第一和第二接触表面以及在与所述绝缘体的第一面相对的所述绝缘体的第二面上的多个母连接器，所述母连接器中的至少一个与所述第一接触表面电连通，并且所述母连接器中的至少一个与所述第二接触表面电连通，所述上绝缘体组件被安置为使得所述第一和第二接触表面与所述第一电路板电连通；d)第二电路板，其被容纳在所述上绝缘体的第二面上的所述多个连接器中；以及e)下绝缘体组件，包括下绝缘体和在所述下绝缘体中共同模制成型的下接触部，所述下接触部包括在所述下绝缘体的第一面上的多个母连接器和在所述下绝缘体的第二面上的弹簧接触部，所述第二电路板被容纳在所述下绝缘体的第一面上的所述多个母连接器中。
28.根据权利要求27所述的发光模块，其中在所述上绝缘体的第二面上的和在所述下绝缘体的第一面上的所述多个母连接器包括马掌形连接器。
29.根据权利要求27所述的发光模块，其中所述第二电路板通过所述上绝缘体的第二面上的所述多个母连接器与所述第一电路板电连通。
30.根据权利要求四所述的发光模块，其中第一对母连接器连接到所述第一接触表面，并且第二对母连接器连接到所述第二接触表面，并且其中所述第一对母连接器和所述第二对母连接器均相对于所述第二电路板的纵向中心线相等地隔开。
31.根据权利要求30所述的发光模块，其中所述第二电路板被配置为可操作地在第一和第二取向上容纳在所述第一对母连接器和第二对母连接器中。
32.根据权利要求27所述的发光模块，其中所述第二电路板通过所述下绝缘体的第一面上的所述多个母连接器与所述弹簧接触部电连通。
33.根据权利要求32所述的发光模块，其中所述下绝缘体的第一面上的所述多个母连接器包括相对于所述第二电路板的纵向中心线相等地隔开的两个母连接器。
34.根据权利要求33所述的发光模块，其中所述第二电路板被配置为可操作地在第一和第二取向上容纳在所述两个母连接器中。
全文摘要
提供了一种具有改进的热特性的发光二极管(LED)。该模块包括LED、第一电路板、第二电路板、下绝缘体、上绝缘体、下接触部、上接触部、和散热器。优选地，散热器包括外壳体和接触环。所述LED和散热器通过焊料附接到第一电路板。除了用作用于LED的基板之外，第一电路板(其包含经由过孔连接的多个导热层)便于热从LED传输到散热器。该模块还具有改进的机械和电性质，包括冗余的电连接、稳定的机械连接、和吸收冲击的下接触部。当该模块用在手电筒或其他照明设备中时，下绝缘体还可以被配置为防止电源与下接触部的失准。
文档编号H01L33/00GK102165610SQ200980137527
公开日2011年8月24日 申请日期2009年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者A·马格利卡, R·P·拉德洛夫, S·H·韦斯特 申请人:美光工具公司