用多組分注塑制造LED燈
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各學科間的相互影響
光學應用在視覺區(qū)域中的開發(fā)與生產(chǎn)，以物理學不同領域之間的各學科間相互影響為特色，如光學、電子學和機械學，每一個常常都是復雜而難于配置和形成的。一方面電子元件的深入發(fā)展，另外一方面材料及這些學科形成方法的深入發(fā)展，都能以顯著擴大的應用和設計可能性而建立起全新的光學系統(tǒng)。
因為具有類似使用壽命長、安裝空間小或照明效率高的有益性能，LED對于光學系統(tǒng)正變得重要（表1）。有一件事，LED的構(gòu)造與經(jīng)典燈具的結(jié)構(gòu)是根本的不同。最常見的標準T型的直徑為5mm或3mm。有效部件，特別是SMD-LED（裝在表面的裝置）的有效部件的種類正在快速增加。發(fā)光二極管飛快地由發(fā)光狀態(tài)轉(zhuǎn)變到不發(fā)光狀態(tài)。光束的頻率可以是在兆赫級別，這當然靠人眼是永遠不能分辨的。因為LED不應用溫度來發(fā)光（象白熾燈所為），但通過重組承載器而釋放光子，所以這是相當適合談到“冷”光的。這是LED也能被用于傳統(tǒng)照明因為發(fā)熱作用而不可能被應用的場合的原因。
對溫度平衡的復雜挑戰(zhàn)
盡管典型的白熾燈泡的光效僅為5%，但所需安裝空間小得多的LED的光效大約有其四倍大。但是，這種功能的提高在幾種層次上正面臨著對于溫度平衡的挑戰(zhàn)：
■ 白熾燈泡主要以輻射熱的形式放出它們95%的能量。通過燈具中的相鄰部件，安裝空間能相對徹底地散熱。LED生成的熱只有約80%的在運動，但是必須主要通過LED背面的熱傳導被驅(qū)散掉。
■ 因為LED中的典型半導體在大約120℃下被損壞，所以操作中一定不得有更高的溫度在部件上形成。
■ LED光的強度與電流大致成比例。但當半導體損耗層的溫度上升時，光強度也會下降，因為反過來損耗層溫度是隨電流而定的。
■ 因為傳統(tǒng)燈具中的溫度下降時，例如從燈絲的3000℃降至燈架的400℃，所以與90℃之下工作、并在5℃或35℃這下由新鮮空氣進行通風的半導體之間的溫差相比，與環(huán)境的30℃溫差是無足輕重的。冷卻LED芯片的工作非常重要，LED溫度明顯影響著光通的可能過熱或減少（圖2）。
所以，在具有LED的光學系統(tǒng)配置和形成中的重要問題涉及到
■ LED在組裝中處于什么位置；
■ LED如何形成接觸；
■ LED如何被冷卻；
■ 類似反射器、屏蔽或棱鏡的光學元件集成。
注塑中的一體化
聚合物工程中先進的功能一體化方法，例如鑲嵌技術、多組分注塑、模內(nèi)貼標或MID技術，將其誘人之處歸因于它們對差別很大甚至改性聚合物成型的自由度，以及它們幾乎無界限的可結(jié)合性。因此關于材料和工藝的特定應用靈活性從質(zhì)量、功能性和經(jīng)濟性方面，為利用基于市場的協(xié)同作用創(chuàng)造了基本前提。
電氣零部件可以在注射模具中被精確而自動地插入。通過改善注塑過程中電子零部件上的壓力與溫度負荷，有可能在成型件中固定好LED或電阻等電子元件，而不會破壞或消毀那些元件。更多電子元件是當前開發(fā)工作的對象。
可以在后續(xù)的接合步驟中完成封裝元件接觸件的形成。但也能將預裝好的導線框、裝在環(huán)氧樹脂（FR4）中由玻纖構(gòu)成的線路板、以及彈性箔片集合在一起，或者通過專用導電塑料在注塑過程中直接形成接觸點。
為了從LED散熱，現(xiàn)在可利用改性塑料，其導熱性約為非填充型塑料導熱性的1000倍。紐倫堡Erlangen大學聚合物工程系在做深度調(diào)查的聚合物需要緊迫有限的加工窗口，但同時它們能直接集合任意成型的冷卻元件，在多組分技術中有目的地散熱。
在多組分技術中，通過局部應用透明聚合物或者熱膨脹系數(shù)小的高填充聚物，可以將鏡頭或者鏡頭支撐結(jié)構(gòu)綜合在一起。
在多組分技術中的一套模具系統(tǒng)內(nèi)結(jié)合不同的材料和形狀，能使得各個生產(chǎn)階段有必要在有需要時局部地改造加工方法，或者改變輸送方法（熱流道、冷流道、三板技術等）。
可行性得以展現(xiàn)
作為在K2007上的一種示范產(chǎn)品，創(chuàng)新的LED燈條（作為技術演示者的袖珍燈的面殼）是在可行性研究架構(gòu)內(nèi)，通過綜合上述的一些注塑技術而被做出來的。燈條是在德國Oechsler公司的支持下而被開發(fā)出來的，通過利用鑲嵌和三組分技術（圖3），可以在注塑中實現(xiàn)充分的功能性。
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