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完全通過多組分注塑制造出來的LED燈提供了一個極好的例子。將棱鏡和線路等各種功能集成在一起，以及在模具內(nèi)插入光源和電阻，都通過縮短工藝與公差鏈節(jié)省了工作步驟，并提高了品質(zhì)。 

光學(xué)技術(shù)在日常生活許多領(lǐng)域扮演著一個突出的角色：以愈發(fā)聰明的方法和燈具，確保效果更好、更加節(jié)能的照明。工業(yè)生產(chǎn)中的激光處理材料，光學(xué)感應(yīng)和光學(xué)通信技術(shù)，以及顯示器技術(shù)，這些都只是對于我們現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境日益重要的一些光學(xué)技術(shù)范例。 

光學(xué)技術(shù)覆蓋到廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，涉及光的產(chǎn)生、傳輸、測量和一般應(yīng)用。它們的潛在市場巨大，已經(jīng)超越了半導(dǎo)體電子品的市場�，F(xiàn)在，全世界光學(xué)領(lǐng)域的總產(chǎn)值約為1300億歐元，預(yù)計(jì)在2013前之前會增長到4000億歐元。 

發(fā)光二極管（LED）的發(fā)展是這一領(lǐng)域的典范。它們將電能轉(zhuǎn)化為光，從而象半導(dǎo)體二極管一樣發(fā)揮功能，在傳導(dǎo)方向形成光。LED呈多種顏色、形狀和大�。▓D1）。

圖1 重要類型LED的示意圖
圖a 板上芯片(COB)，圖b) SMD部件，圖c) T型（傳統(tǒng)型）

隨著光的強(qiáng)度提高，LED在許多應(yīng)用中取代了越來越多的傳統(tǒng)光源，從交通燈，到大型顯示器和操作燈。重點(diǎn)領(lǐng)域還包括光電子元件（例如用于廣告，或者DVD播放器的半導(dǎo)體）、現(xiàn)代燈具、以及平板電視屏幕。汽車是另一片天地，光技術(shù)在這里已經(jīng)帶來了快速的變化：首先是帶有自由形態(tài)反射鏡和發(fā)射系統(tǒng)的新型前燈，然后是新型氣體（氙氣）排放燈。并且看來仍未到盡頭： 轉(zhuǎn)彎用的或者隨車速而定的可變光分配器，以及白天駕駛驅(qū)車燈將是未來前燈串的一部分，LED在那里得到了更多的應(yīng)用。

各學(xué)科間的相互影響

光學(xué)應(yīng)用在視覺區(qū)域中的開發(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)榫哂蓄愃剖褂脡勖�長、安裝空間小或照明效率高的有益性能，LED對于光學(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(dāng)然靠人眼是永遠(yuǎn)不能分辨的。因?yàn)長ED不應(yīng)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(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)用的場合的原因。

為LED裝置現(xiàn)在可具有很高的強(qiáng)度，所以它們就帶來了對眼睛的危害，類似激光。這就是產(chǎn)品安全法律規(guī)定了根據(jù)DIN EN 60825-1標(biāo)準(zhǔn)分組用于市場認(rèn)可的原因。激光設(shè)備的這種護(hù)眼安全標(biāo)準(zhǔn)也適用于作為激光同等物而被處理的LED。

對溫度平衡的復(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(yùn)動，但是必須主要通過LED背面的熱傳導(dǎo)被驅(qū)散掉。
■ 因?yàn)長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，光強(qiáng)度也會下降，因?yàn)榉催^來損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，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）。

通過引入恒定的諧振電流，LED的效能就被提高了，同時盡可能地將半導(dǎo)體晶體保持在低溫。這就是先采用電子方法并將芯片散熱，對于良好效能和LED長使用壽命極為重要的原因。

所以，在具有LED的光學(xué)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(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(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(fù)荷，有可能在成型件中固定好LED或電阻等電子元件，而不會破壞或消毀那些元件。更多電子元件是當(dāng)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(yù)裝好的導(dǎo)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(dǎo)電塑料在注塑過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(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)，通過綜合上述的一些注塑技術(shù)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(shù)（圖3），可以在注塑中實(shí)現(xiàn)充分的功能性。

在第一步中，由染色聚碳酸酯（PC）（制造商：沙伯創(chuàng)新塑料）被澆鑄到由透明聚酰胺（PA）（制造商： Evonik）制成的三個棱鏡中，棱鏡是在第二步中成型的。在注塑之前，第三個組分，一種高傳導(dǎo)性以PA6為基礎(chǔ)的聚合物 （供應(yīng)商：西門子）、三個SMD-LED（款式：金龍，制造商：Osram半導(dǎo)體）、以及電阻器，被自動地嵌入在三組分旋轉(zhuǎn)模具中（圖4）。為此，利用了來自Arburg、Rohwedder和Kiki Ingenieur三家德國公司的機(jī)器技術(shù)。利用了來自電子業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)適配器完成了鑲嵌。模具結(jié)構(gòu)針對聚合物的要求而進(jìn)行了特別的改造。當(dāng)外殼和棱鏡正通過熱流道技術(shù)（G焠ther Heisskanaltechnik制造）而被加工時，導(dǎo)電聚合體組成的各部分線路在一個分段的三板式結(jié)構(gòu)中通過組合的熱/冷流道而被注塑出來。

棱鏡、電路通徑、光源、電阻和接觸點(diǎn)等各種功能在注射模具中的集成節(jié)省了后續(xù)工作步驟，通過縮短工藝與公差鏈而提高了品質(zhì)。對這種燈條的長期性能所做測試表明，當(dāng)引入來自電池的50mA電流時，LEO溫度穩(wěn)定保持在40℃。當(dāng)電流負(fù)載達(dá)最大值時，LED上會需要額外的冷卻元件。

盡管在這個例子中，LED在注塑工藝中被嵌入和接上，但在Oechsler公司所做進(jìn)一步研究則關(guān)注于通過注塑，對基于類似FR4線路板、導(dǎo)線框架結(jié)構(gòu)或各種線路裝載器的LED進(jìn)行直接封裝。這里重要的問題涉及到對LED短期和長期性能的影響，以及對來自模具密封、聚合物、成型參數(shù)和線路結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)熱平衡的影響。圖5中的例子顯示了以FR4、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的封裝測試樣板為基礎(chǔ)的合適線路結(jié)構(gòu)。所以可能展現(xiàn)出原理可行性。深入的研究工作越來越多地瞄準(zhǔn)了組裝件的長期性能。