用多組分注塑制造LED燈
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時(shí)間：2013-11-12
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各學(xué)科間的相互影響
光學(xué)應(yīng)用在視覺(jué)區(qū)域中的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，以物理學(xué)不同領(lǐng)域之間的各學(xué)科間相互影響為特色，如光學(xué)、電子學(xué)和機(jī)械學(xué)，每一個(gè)常常都是復(fù)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(xué)科形成方法的深入發(fā)展，都能以顯著擴(kuò)大的應(yīng)用和設(shè)計(jì)可能性而建立起全新的光學(xué)系統(tǒng)。
因?yàn)榫哂蓄?lèi)似使用壽命長(zhǎng)、安裝空間小或照明效率高的有益性能，LED對(duì)于光學(xué)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(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)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(jí)別，這當(dāng)然靠人眼是永遠(yuǎn)不能分辨的。因?yàn)長(zhǎng)ED不應(yīng)用溫度來(lái)發(fā)光（象白熾燈所為），但通過(guò)重組承載器而釋放光子，所以這是相當(dāng)適合談到“冷”光的。這是LED也能被用于傳統(tǒng)照明因?yàn)榘l(fā)熱作用而不可能被應(yīng)用的場(chǎng)合的原因。
對(duì)溫度平衡的復(fù)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(duì)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(guò)燈具中的相鄰部件，安裝空間能相對(duì)徹底地散熱。LED生成的熱只有約80%的在運(yùn)動(dòng)，但是必須主要通過(guò)LED背面的熱傳導(dǎo)被驅(qū)散掉。
■ 因?yàn)長(zhǎng)ED中的典型半導(dǎo)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(qiáng)度與電流大致成比例。但當(dāng)半導(dǎo)體損耗層的溫度上升時(shí)，光強(qiáng)度也會(huì)下降，因?yàn)榉催^(guò)來(lái)?yè)p耗層溫度是隨電流而定的。
■ 因?yàn)閭鹘y(tǒng)燈具中的溫度下降時(shí)，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(jìn)行通風(fēng)的半導(dǎo)體之間的溫差相比，與環(huán)境的30℃溫差是無(wú)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(guò)熱或減少（圖2）。
所以，在具有LED的光學(xué)系統(tǒng)配置和形成中的重要問(wèn)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(lèi)似反射器、屏蔽或棱鏡的光學(xué)元件集成。
注塑中的一體化
聚合物工程中先進(jìn)的功能一體化方法，例如鑲嵌技術(shù)、多組分注塑、模內(nèi)貼標(biāo)或MID技術(shù)，將其誘人之處歸因于它們對(duì)差別很大甚至改性聚合物成型的自由度，以及它們幾乎無(wú)界限的可結(jié)合性。因此關(guān)于材料和工藝的特定應(yīng)用靈活性從質(zhì)量、功能性和經(jīng)濟(jì)性方面，為利用基于市場(chǎng)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(dòng)地插入。通過(guò)改善注塑過(guò)程中電子零部件上的壓力與溫度負(fù)荷，有可能在成型件中固定好LED或電阻等電子元件，而不會(huì)破壞或消毀那些元件。更多電子元件是當(dāng)前開(kāi)發(fā)工作的對(duì)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(yù)裝好的導(dǎo)線(xiàn)框、裝在環(huán)氧樹(shù)脂（FR4）中由玻纖構(gòu)成的線(xiàn)路板、以及彈性箔片集合在一起，或者通過(guò)專(zhuān)用導(dǎo)電塑料在注塑過(guò)程中直接形成接觸點(diǎn)。
為了從LED散熱，現(xiàn)在可利用改性塑料，其導(dǎo)熱性約為非填充型塑料導(dǎo)熱性的1000倍。紐倫堡Erlangen大學(xué)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(shí)它們能直接集合任意成型的冷卻元件，在多組分技術(shù)中有目的地散熱。
在多組分技術(shù)中，通過(guò)局部應(yīng)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(shù)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(gè)生產(chǎn)階段有必要在有需要時(shí)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(shù)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(shù)演示者的袖珍燈的面殼）是在可行性研究架構(gòu)內(nèi)，通過(guò)綜合上述的一些注塑技術(shù)而被做出來(lái)的。燈條是在德國(guó)Oechsler公司的支持下而被開(kāi)發(fā)出來(lái)的，通過(guò)利用鑲嵌和三組分技術(shù)（圖3），可以在注塑中實(shí)現(xiàn)充分的功能性。
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