TWI405936B - 夾持對位座及其發光二極體光板 - Google Patents

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TWI405936B
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Description

夾持對位座及其發光二極體光板
本提案有關於一種夾持對位座及其發光二極體光板，特別是能藉迴銲自動對位機制而與發光二極體對位之對位座及其光板。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)挾著其節能、環保的優勢，從低功率的指示、顯示等應用領域，逐漸發展並涉入高功率的照明應用領域。在高功率的照明應用領域中，發光二極體除了需具備高亮度的基本要求外，發光二極體照明燈具所發出來的光線亦需滿足特定照明要求。例如，應用於路燈的發光二極體燈具，其光強度分佈必須滿足路燈的照明規範。又如汽車頭燈(head light)的應用，發光二極體頭燈則需滿足頭燈光形及亮度的規範。除此之外，發光二極體在特定低功率的應用場合上，其整體發光的光形及強度分佈亦有特定要求。
發光二極體通常藉由透鏡的設計來滿足上述光形及強度分佈的要求。部分設計採用一次光學的架構，另一部分設計則採用二次光學的架構。前述一次光學是指在發光二極體晶片上直接形成透鏡，在發光二極體晶片所發出的光線未射入空氣前控制該光線。二次光學則是在發光二極體晶片發出光線之路徑上(通常在光線已穿入空氣中之後)設置透鏡，以控制該光線。
前述二次光學所採用的透鏡(lens)，一般由透鏡支架(lens holder)所夾持，該透鏡支架經由緊配合、膠合或螺絲鎖固的方式而固定於電路板上，如此一來，即可將透鏡與電路板上的發光二 極體完成對位，進而藉由透鏡控制發光二極體所發出的光線。由於透鏡與發光二極體間的對位關係是靠透鏡支架與電路板間的固定關係而維持的，因此，當上述緊配合或螺固狀態改變時，將明顯影響整體所發出的光形及強度分佈。
前述緊配合固定方式，通常是將透鏡支架上的數支固定腳***電路板上的孔洞中，由於是緊配合(干涉配合)，故卡合時足夠的外力方能將固定腳緊配入孔洞，若所施的外力不均勻或固定腳與孔洞的尺寸關係不恰當，有可能會造成對位不夠精準，進而影響光形。其次，由於發光二極體運作時會產生熱量，而緊配合的孔徑往往因受該熱量的影響而變大，如此即改變了緊配合的穩定狀態，進而影響光形與強度的分佈。
前述膠合與螺固的方式，都需增加製程步驟及製程時間，且大量生產時，每一單體的對位效果亦不易一致。
有鑒於此，本提案提出一夾持對位座及其發光二極體光板，以在製程中較精確地定位，解決上述問題。
依據一實施例，發光二極體光板包含基板、發光二極體、透鏡及夾持對位座，基板具有多個銲墊，發光二極體配置於基板並對應銲墊，夾持對位座具有一夾持部及多個對位元件，夾持部夾持透鏡，對位元件則對應並以迴銲方式銲接於銲墊，以使透鏡對應發光二極體，並使得發光二極體所發出的光線經由透鏡而調整光形及光強度分佈。
在另一實施例中，每一銲墊的表面積為所對應的對位元件的底面積的1至5倍，較佳為1.2至5倍。
在一實施例中，夾持對位座具有多個對位孔，對位元件係配置於對位孔，每一對位孔的底面積與對應的對位元件的底面積差值、小於或等於該對位元件的底面積與該對位元件對應的銲墊的面積差值。
在一實施例中，夾持對位座之底面具有多個凸塊，基板具有至少一平面對應凸塊，在夾持對位座固定於基板時，凸塊其中之一接觸該平面。
依據一實施例，夾持對位座，適於夾持一透鏡並將該透鏡與一基板上之一發光二極體對位，該基板具有多個銲墊，夾持對位座包括一本體，本體具有夾持部及多個對位元件，夾持部係夾持透鏡，該些對位元件係對應該些銲墊，以使該透鏡對應發光二極體，每一銲墊的表面積為所對應的對位元件的底面積的2倍至4倍。
藉由上述本揭露之特徵，基板可依表面黏著技術(Surface-Mount Technology,SMT)，先在銲墊上以網板印刷(Solder Printing)的方式塗佈銲錫，接著將夾持對位座(含對位元件)、及發光二極體配置於適當位置(此為取置作業mounting,pick and place)，以讓對位元件初步對應銲墊，接著將整個基板、發光二極體及夾持對位座依迴銲製程(reflow process，又稱過錫爐)將對位元件銲固於銲墊上，由於(1)對位元件與夾持對位座之間的相對位置 為設計時已決定、(2)發光二極體與銲墊的相對位置已於基板上確定、及(3)在迴銲製程時，對位元件將因熔融的銲錫的內聚力與表面張力而能準確地對位於銲墊上，因此，能夠將透鏡與發光二極體之相對位置固定，而達到更精確定位之目的。
其次，依前述特徵，在對位元件的底面積與銲墊的表面積經適當設計，即可使得對位精度提高；再者，在另一實施例中，對位元件與夾持對位座間採非緊配方式設計時，對位孔與對位元件間的尺寸關係在適當設計下，亦能得到更精確的定位效果。
以上關於本提案的內容說明及以下之實施方式的說明係用以示範與解釋本提案的精神與原理，並且提供本提案的專利申請範圍更進一步的解釋。
請參照「第1圖」，其為依據本揭露之發光二極體光板之結構示意圖。從圖中可以見悉發光二極體光板包含基板20、發光二極體30、透鏡40(亦可稱光學透鏡)及夾持對位座50。基板20可以是但不限於印刷電路板(Plastic Circuit Board,PCB)或其他可用於迴銲製程(reflow process)的基板。
基板20具有多個銲墊22a,22b(Soldering Pad)。銲墊22a,22b的數量在此實施例是二個為例，但並不以此為限，亦可為三個或其他數量。當然，在基板20上對應發光二極體30的位置亦具有供發光二極體30銲固的銲墊22c。為便於說明，銲墊22a,22b稱為第一銲墊22a,22b，而銲墊22c稱為第二銲墊22c。第一銲墊22a, 22b與第二銲墊22c間的相對位置在設計階段即固定，俾利後續對位之目的。
發光二極體30配置於基板20上的第二銲墊22c，以初步固定其相對位置，由於第二銲墊22c係對應第一銲墊22a,22b，故發光二極體30與第一銲墊22a,22b間的相對位置亦固定。發光二極體30受激發(或通入電流)後，可發出光線。發光二極體30的表面亦可具有一表面透鏡，以對該光線做一次光學的調整。
夾持對位座50具有夾持部52a,52b及多個對位元件54a,54b，夾持部52a,52b用以夾持透鏡40，對位元件54a,54b則對應第一銲墊22a,22b並以迴銲方式銲接(容後詳述)於第一銲墊22a,22b，以使透鏡40對應發光二極體30，並使得發光二極體30所發出的光線經由透鏡40而調整光形及光強度分佈(即二次光學的調整)。
請同時參閱「第2圖」，其為「第1圖」在2-2位置之局部剖面示意圖。圖中可以看見透鏡40被夾持於夾持對位座50、發光二極體30銲固於第二銲墊22c、及對位元件54a,54b銲固於第一銲墊22a,22b之情形。
夾持對位座50具有容置空間55及通道56，容置空間55用以容置透鏡40。通道56則連通空置空間55與發光二極體30間的空間，以使得發光二極體30所發出的光線得以射入透鏡40，透鏡40則可將射入透鏡40的光線予以適當地調整，而得到所需的光形及光強度分佈。夾持部52a,52b在此實施例中雖以凸條方式設計， 但並不以此為限，任何能夾持透鏡40於夾持對位座50之結構均可。
此外，為了能將透鏡40以適當角度置於夾持對位座50，透鏡40另具有對位凸點42，夾持對位座50對應對位凸點42位置另具有凹槽，以容置該對位凸點42並防止於製程中將透鏡40以不正確的方位置放。
對位元件54a,54b在本實施例中係以階梯狀的圓柱為例，但並不以此為限，此階梯圓柱的底面積小於階梯圓柱的底面積頂面積。對位元件54a,54b亦為如「第3圖」所示的錐狀元件54c，此錐狀元件54c自其底面向上呈錐狀外擴形。另外，對位元件54a,54b亦可採用截面積(底面積)為方形或矩形之對位元件。其次，對位元件54a,54b的材質可以是任何能藉由迴銲製程而銲固於基板的材質，例如但不限於表面鍍鎳的金屬、金、銀、銅及鎳等材料。
以此實施例為例，每一第一銲墊22a,22b的直徑(即用於銲接的圓形表面的直徑)為所對應的對位元件54a,54b的底面直徑(用於與銲墊銲接的底面)的1倍至5倍，較佳為1.2倍至5倍。換句話說，較佳的是，每一銲墊22a,22b的表面積為所對應的對位元件的底面積的1.2到5倍。
藉由上述特徵，發光二極體光板的組裝及銲固的程序可以是但不限於下述程序：首先，將基板20依表面黏著技術(Surface-Mount Technology, SMT)，先在銲墊22a,22b,22c上以網板印刷(Solder Printing)的方式塗佈銲接材料，此銲接材料可以是但不限於錫膏(solder paste)，亦可採用助銲劑(flux)。
其次，將夾持對位座50(含對位元件54a,54b)、及發光二極體30依取置作業(mounting,pick and place)技術分別配置於第一銲墊22a,22b與第二銲墊22c，以讓對位元件初步對應銲墊。接著，將整個基板20、發光二極體30及夾持對位座50依迴銲製程(reflow process，又稱過錫爐)將對位元件54a,54b及發光二極體30銲固於第一銲墊22a,22b及第二銲墊22c上，由於銲接材料在迴銲製程初期將產生熔融，熔融後的銲接材料可藉其內聚力與表面張力而能準確地將對位元件54a,54b及發光二極體30各別地銲固於第一銲墊22a,22b及第二銲墊22c上，此即稱為銲接自動對位機制(soldering self-alignment mechanism)。
再者，經由上述對位元件54a,54b底面積及第一銲墊22a,22b表面積的適當設計，即能更精確地將對位元件54a,54b對位於第一銲墊22a,22b，進而使得透鏡40能與發光二極體30精確對位。
續，在此實施例中，夾持對位座50另具有對位孔51a,51b，供前述對位元件54a,54b置放。為了能使上述銲接自動對位機制不致受對位孔51a,51b與對位元件54a,54b之間尺寸差的影響，每一對位孔51a,51b的底面積(或可稱孔徑)與對應的對位元件54a,54b的外徑的尺寸差小於或等於對位元件54a,54b的外徑與對位元件54a,54b對應的銲墊22a,22b(第一墊銲)的外徑的尺寸差。
上述尺寸差，在對位元件54a,54b為錐形柱時，例如「第3圖」所示，則是在對位元件54a,54b銲固於基板20上之後，對位元件54a,54b與對位孔51a,51b之間的直徑差。此外，若對位元件54a,54b為非圓形截面，而為方形或矩形截面時，則是對位元件54a,54b截面的長或寬與銲墊22a,22b的長或寬的差異值。
在一實施例中，夾持對位座50在朝基板20的面上具有凸塊57a,57b，此凸塊57a,57b其中之一接觸基板20的表面。此凸塊57a,57b之效果在於減少夾持對位座50與基板20間的摩擦力，也就是說，當對位元件54a,54b在與第一銲墊22a,22b因迴銲製程而自動對位時，銲接材料將藉其內聚力與表面張力而牽引夾持對位座50在基板20表面上平移，由於凸塊57a,57b之設置，將使得夾持對位座50與基板20間為點接觸、線接觸或小區域的面接觸，使得更容易讓對位元件54a,54b與第一銲墊22a,22b達到預定的對位效果。此外，基板20對應該凸塊57a,57b之處另可以設計有低摩擦力的表面，例如但不限於一金屬面，以降低夾持對位座50與基板20間的摩擦力。
在本實施例中，每個夾持對位座50係用以夾持單一透鏡40，但並非用以限定本提案，每個夾持對位座50亦可夾持多個透鏡40，例如但不限於個別分離的透鏡40或透鏡陣列(lens array)，如此一來，即可利用整個夾持對位座50與基板20的第一銲墊22a,22b之間的對位而達到多個發光二極體30與多個透鏡40一次對位之目的，亦可減少對位元件54a,54b的使用。
此外，夾持對位座50在此實施例中，雖採單一元件設計，但亦可採多元件設計，如「第4圖」所示，其係為本揭露之發光二極體光板次一實施例之結構示意圖。發光二極體光板包含基板20、轉接板26、發光二極體30、透鏡40及夾持對位座50。
在此實施例中，夾持對位座50包含第一殼體50a及第二殼體50b。而發光二極體30具配置於轉接板26之後，再銲固於基板20上，藉由此設計，亦可達到上述精確對位之效果。
接著，請搭配「第5圖」閱覽之。其為本揭露之發光二極體光板另一實施例之剖面結構示意圖。圖中可以見悉，發光二極體光板包含基板20、發光二極體30、透鏡40及夾持對位座50。
在此實施例中，夾持對位座50的對位元件54e,54f係固定於夾持對位座50的本體內，此固定方式可以是在夾持對位座50於射出成型即已固定於本體內之方式。藉由對位元件54e,54f固定於夾持對位座50之設計，可以得到更佳的對位效果。
在採用此實施例時，夾持對位座50的較佳材質可以採用能耐高溫的材質，以能耐到迴錫製程的溫度為佳，例如但不限於耐溫達攝式260度以上。
本實施例的對位元件54e,54f雖採用圖式之結構，但並不以此為限，亦可以是一片狀元件，而該片狀元件外露部分則用以與第一銲墊22a,22b銲接，此時，片狀元件即可呈矩形，藉由矩形之長與寬並不相同的特性，則能進一步對夾持對位座50所銲固的方位一併對位。
雖然本提案以前述的諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本提案，任何熟習相像技藝者，在不脫離本提案的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本提案的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
20．．．基板
22a,22b,22c．．．銲墊
26．．．轉接板
30．．．發光二極體
40．．．透鏡
42．．．對位凸點
50．．．夾持對位座
50a．．．第一殼體
50b．．．第二殼體
51a,51b．．．對位孔
52a,52b．．．夾持部
54a,54b,54e,54f．．．對位元件
54c．．．錐狀元件
55．．．容置空間
56．．．通道
57a,57b．．．凸塊
第1圖係為依據本提案之發光二極體光板一實施例之結構示意圖。
第2圖係為「第1圖」在2-2位置之局部剖面示意圖。
第3圖係為本提案之對位元件之另一實施例結構示意圖。
第4圖係為本提案之發光二極體光板次一實施例之結構示意圖。
第5圖係為本提案之發光二極體光板另一實施例之剖面結構示意圖。
20‧‧‧基板
22a,22b,22c‧‧‧銲墊
30‧‧‧發光二極體
40‧‧‧透鏡
42‧‧‧對位凸點
50‧‧‧夾持對位座
51b‧‧‧對位孔
52a,52b‧‧‧夾持部
54a,54b‧‧‧對位元件
55‧‧‧容置空間

Claims (16)

  1. 一種發光二極體光板，包括：一基板，具有多個銲墊；一發光二極體，配置於該基板；一透鏡；以及一夾持對位座，具有一夾持部及多個對位元件，該夾持部係夾持該透鏡，該些對位元件係對應並以迴銲方式銲接於該些銲墊，以使該透鏡對應該發光二極體；其中，該夾持對位座具有多個對位孔，該些對位元件係分別配置於該些對位孔，每一該對位孔的底面積與對應的該對位元件的外徑的尺寸差小於或等於該對位元件的外徑與該對位元件對應的該銲墊的外徑的尺寸差。
  2. 如請求項1所述之發光二極體光板，其中每一該銲墊的表面積為所對應的該對位元件的底面積的1倍至5倍。
  3. 如請求項2所述之發光二極體光板，其中每一該銲墊的表面積為所對應的該對位元件的底面積的1.2倍至5倍。
  4. 如請求項1所述之發光二極體光板，其中每一該對位元件自該對位元件的底面向上呈錐狀外擴。
  5. 如請求項1所述之發光二極體光板，其中每一該對位元件為一階梯圓柱，且該階梯圓柱的底面積小於該階梯圓柱的頂面積。
  6. 如請求項1所述之發光二極體光板，其中該夾持對位座之底面具有多個凸塊，在該夾持對位座固定於該基板時，該些凸塊其 中之一接觸該基板的表面。
  7. 如請求項1所述之發光二極體光板，其中該夾持對位座具有一容置空間，該透鏡係配置於該容置空間，該夾持對位座具有一通道以連通該容置空間與該發光二極體間，部分該發光二極體所發出之光線經過該容置空間而射入該透鏡。
  8. 如請求項1所述之發光二極體光板，其中每一該銲墊的表面積為所對應的該對位元件的底面積的1.2倍至5倍；該夾持對位座具有多個對位孔，該些對位元件係分別配置於該些對位孔，每一該對位孔的底面積與對應的該對位元件的外徑的尺寸差小於或等於該對位元件的外徑與該對位元件對應的該銲墊的外徑的尺寸差；該夾持對位座之底面具有多個凸塊，在該夾持對位座固定於該基板時，該些凸塊其中之一接觸該基板的表面；以及該夾持對位座具有一容置空間，該透鏡係配置於該容置空間，該夾持對位座具有一通道以連通該容置空間與該發光二極體間，部分該發光二極體所發出之光線經過該容置空間而射入該透鏡。
  9. 一種夾持對位座，適於夾持一透鏡並將該透鏡與一基板上之一發光二極體對位，該基板具有多個銲墊，該夾持對位座包括：一本體，具有一夾持部及多個對位元件，該夾持部係夾持該透鏡，該些對位元件係對應該些銲墊，以使該透鏡對應該發 光二極體；其中，該夾持對位座具有多個對位孔，該些對位元件係配置於該些對位孔，每一該對位孔的底面積與對應的該對位元件的外徑的尺寸差小於或等於該對位元件的外徑與該對位元件對應的該銲墊的外徑的尺寸差。
  10. 如請求項9所述之夾持對位座，其中每一該銲墊的表面積為所對應的該對位元件的底面積的1倍至5倍。
  11. 如請求項10所述之夾持對位座，其中每一該銲墊的表面積為所對應的該對位元件的底面積的1.2倍至5倍。
  12. 如請求項9所述之夾持對位座，其中每一該對位元件自該對位元件的底面向上呈錐狀外擴。
  13. 如請求項9所述之夾持對位座，其中每一該對位元件為一階梯圓柱，且該階梯圓柱的底面積小於該階梯圓柱的頂面積。
  14. 如請求項9所述之夾持對位座，其中該夾持對位座之底面具有多個凸塊，在該夾持對位座固定於該基板時，該些凸塊其中之一接觸該基板的表面。
  15. 如請求項9所述之夾持對位座，其中該夾持對位座具有一容置空間，該透鏡係配置於該容置空間，該夾持對位座具有一通道以連通該容置空間與該發光二極體間，部分該發光二極體所發出之光線經過該容置空間而射入該透鏡。
  16. 如請求項9所述之夾持對位座，其中每一該銲墊的表面積為所對應的該對位元件的底面積的1.2倍至5倍； 該夾持對位座具有多個對位孔，該些對位元件係分別配置於該些對位孔，每一該對位孔的底面積與對應的該對位元件的外徑的尺寸差小於或等於該對位元件的外徑與該對位元件對應的該銲墊的外徑的尺寸差；該夾持對位座之底面具有多個凸塊，在該夾持對位座固定於該基板時，該些凸塊其中之一接觸該基板的表面；以及該夾持對位座具有一容置空間，該透鏡係配置於該容置空間，該夾持對位座具有一通道以連通該容置空間與該發光二極體間，部分該發光二極體所發出之光線經過該容置空間而射入該透鏡。
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