Responsive image
博碩士論文 etd-0814107-100852 詳細資訊
Title page for etd-0814107-100852
論文名稱
Title
高功率發光二極體熱傳途徑分析研究
Analysis for High Power Light Emitting Diodes Thermal Transmission
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
122
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2007-07-18
繳交日期
Date of Submission
2007-08-14
關鍵字
Keywords
發光二極體、熱傳
Light Emitting Diodes, Thermal
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5728 次,被下載 5701
The thesis/dissertation has been browsed 5728 times, has been downloaded 5701 times.
中文摘要
日亞公司於1993 年推出藍光發光二極體,1996 年更因藍光結合
黃色螢光粉的使用,達到單顆發光二極體可提供白色光源的效果,使
發光二極體開始廣泛被使用在市場上。發光二極體要使用在替代光源
上除了必須提高亮度外,另一方面就是必須同時使用多顆發光二極
體。發光二極體光源約有15%~20% 可轉換成可見光,其餘85% 全
部轉換成熱。因此,當外部取光效率以及發光二極體結構對於熱的問
題尚未有明顯的突破前,發光二極體的熱管理就顯得相當的重要。
本研究主要是以數值模擬方式來進行,針對市面上傳統小功率的
發光二極體做結構上小幅度的變更後以提高其功率(150、350mA)的
方式進行模擬,以探討高功率發光二極體在不同的參數下,單顆和多
顆高功率發光二極體熱分佈情形,以及其所產生的熱會不會超過各關
鍵材料之耐熱極限,可做為工程師使用發光二極體進行產品設計時的
參考。
本分析結果顯示,發光二極體功率為0.5w,環境溫度為25℃∼
80℃時,環境溫度每增加1°C,晶片、基板、封裝材料溫度則約增加
3∼4°C。當功率提高到1w 時,晶片、基板溫度約增加 3∼4°C,封裝
材料則增加了3∼9°C。另外對於同時使用多顆高功率發光二極體而
言,結果顯示兩顆發光二極體距離太近會造成嚴重的溫升,當文中的
P 值增加到5 ㎜以上時,在晶片處,溫度下降幅度會從初期的每增加
1 ㎜下降3°C∼5°C 縮減到1°C∼2.5°C,再增加距離所得到只是基板
所帶來的效益。
Abstract
Nichia Corporation announced blue Light Emitting Diodes (LED) by
1993. They were widely used in markets by 1996 after combining blue
LED with yellow phosphors to emit white lights. There’re two keys to
utilize LED as replacement light energy; one is to increase the chipset
brightness, while another is to use LED arrays instead of single LED.
Around 15 to 20% of LED illuminant will be transformed to visible light,
while up to 85% of the LED illuminant will be transformed to heat.
Therefore, before there’s obvious breakthrough on LED constructions to
heat, thermal management of LED is relatively important.
The purpose of this research is to do value simulation by slightly
change the construction of low power LED and increase its power (150,
350mA), to investigate the differences of high power LED in thermal
transmission by single LED and LED arrays under different parameters,
and learn if the emitted heat can be tolerated by its key materials. This
research can be used as the reference to design LED products for
engineers.
According to the analysis result, under environment temperature of 25
to 80 Celsius Degree, the temperatures of a 0.5W LED chipset, mounted
board and packing materials will increase around 3 to 4 Celsius Degrees
when the environment temperature will increase one Celsius Degree. If
we increase the LED chipset power to be 1W, the temperature increase
for chipset and mounted board is around 3 to 4 Celsius Degrees while the
temperature increase for packing materials is 3 to 9 Celsius Degrees.
Regarding high power LED arrays, according to the analysis result, when
the distance between two LEDs is too small, the temperature will increase
dramatically; when the P value (see report content) is over 5mm, per
1mm distance increase, the chipset temperature decrease will become 1 to
2.5 Celsius Degrees from initially 3 to 5 Celsius Degrees. If we further
increase the two LEDs distance, there’ll be no significant effect from
chipset itself but only the mounted board.
目次 Table of Contents
第一章 緒論........................1
1.1 發光二極體的發展趨勢............ 1
1.2 白光發光二極體............... 2
1.2.1 白光發光二極體在背光模組用........ 2
1.3 研究動機.................. 3
第二章 原理介紹 .....................9
2.1 發光二極體原理 ...............9
2.2 發光二極體種類 ..............10
2.2.1 晶片封裝型式 ..............10
2.3 白光發光二極體結構.............11
2.3.1 發光二極體晶片的構造 ..........11
2.3.2 封裝材料 ................13
2.3.3 封裝材料的選用 .............14
2.3.4 金線 ..................16
2.3.5 焊腳 ..................16
2.3.6 導熱塊 .................16
2.3.7 螢光粉 .................16
2.4 發光二極體的散熱問題............17
2.4.1 熱過載對於發光二極體的影響 .......17
2.4.2 發光二極體的熱阻抗模型 .........18
2.5 熱傳原理..................19
2.5.1 熱傳導傳遞 ...............19
2.5.2 傅利葉定律 ...............19
2.5.3 熱對流傳遞 ...............20
2.6 熱溫度感測器原理..............21
2.6.1 熱電偶量測溫度的原理 ..........21
2.6.2 熱電理論的三定律 ............22
2.7 散熱片...................22
2.7.1 散熱片的種類 ..............22
2.7.2 散熱鰭片選用的基本的考 .........22
2.7.3 散熱鰭片設計注意要項 ..........22
第三章 實驗設備與方法 .................42
3.1 實驗目的..................42
3.2 實驗方法..................43
3.3 實驗設備..................43
3.3.1 恆溫環境系統..............43
3.3.2 熱電偶.................44
3.3.3 熱電偶使用注意事項...........44
3.3.4 熱電偶資料記錄器............45
3.3.5 電子負載器...............45
3.3.6 電源供應器...............45
3.3.7 熱阻抗量測器..............46
3.3.8 鰭狀散熱片...............46
3.3.9 導熱介面材料..............46
3.3.10 發光二極體...............47
第四章 發光二極體之數值模擬與分析流程..........61
4.1 數值模型..................62
4.2 實驗方法..................62
4.3 實驗計劃的建立...............63
4.3.1 田口實驗的定義 .............63
4.3.2 田口實驗品質特性的定義 .........64
4.4 發光二極體3D 模型參數設定 .........65
4.5 熱分析參數的設定與運算流程.........66
4.5.1 流動型態設定 ..............66
4.5.2 網格設置 ................67
4.6 田口實驗計劃的過程與討論 ..........67
4.7 實驗項目 ..................68
4.7.1 發光二極體在25~80°C 時熱分佈狀況 ....68
4.7.2 基板面積之散熱效益分析..........69
4.7.3 銀膠厚度對熱傳導的影響..........69
4.7.3 陣列設計及模擬..............69
第五章 結果與討論....................80
5.1 初步熱設計分析...............80
5.2 實驗與模擬數據之比較............80
5.3 發光二極體在不同溫度下熱分佈狀況......81
5.4 基板面積之熱效益分析............82
5.5 固晶用銀膠厚度對熱傳導的影響........83
5.6 陣列設計及模擬...............83
第六章 結論 .................107
參考文獻...................109
參考文獻 References
[1]. 陳澤澎, 發光二極體的發展及新應用, 工業材料123 期
PP 74~76。
[2]. 陳澤澎,洪世淇,日亞化學LED 專利糾紛判決始末,工業材料
207 期PP 72~77。
[3]. 郭家泰,LED 在液晶面板背光源的應用與發展趨勢(上),
工業材料246 期PP 151~161。
[4]. 姚柏宏,LED 光源模組發展現狀與機會,工業材料雜誌221 期
PP 87~92。
[5]. 黃振東,LED 封裝及散熱基板材料之現況與發展,工業材料雜誌
231 期PP 71~81。
[6]. THOMAS L.FLOYD 原著 梁季倉、韓強生、李永振 編譯” 電子
學”,全華書局 PP 1-2~1-69。
[7]. PN 二極體簡介,http://ezphysics.nchu.edu.tw/prophys/electron/
[8]. 許榮宗, 白光LED 製作技術走勢, 工業材料雜220 期
PP 143~154。
[9]. 康佳正、劉如熹、廖秋峰,可被UV LED 激發之螢光體介紹,
工業材料雜誌232 期 PP 144~146。
[10]. 陳凱琪、李巡天、許嘉紋、林志浩,LED 元件用高效能透明封
裝材料技術趨勢(上),工業材料雜誌246 期 PP 162~165。
[11]. 林竹軒,美光源科技股份有限公司(New Light Source Co., LTD)
總經理,”New Green Lighting – RGB White LED Lighting”,光電
特刊
[12]. 田運宜,新世代液晶面板LED 背光模組構裝用透明封裝材料技
術趨勢(下)工業材料雜誌227 期 PP 134~140。
[13]. 陳韻元、廖秋峰、劉如熹,LED 照明光源展望(三):認識有機
矽封裝材料,工業材料雜誌222 期 PP 208~212。
[14]. 田運宜,白光LED 用透明封裝材料技術,工業材料雜誌229 期
PP 85~94。
[15]. Lumileds product application brief AB05 “Luxeon Custom Design
Guide,” http://www.lumileds.com/solutions
[16]. Yunus A.CENGEL 原著李先知、牛仰堯、姜魏棠, ” Heat
Transfer”
[17]. 榮懋工業計器有限公司,熱電偶使用手冊
[18]. 張志祥、邱國創K、林澤勝,LED 封裝模組與產品應用近況發
展介紹,工業材料雜誌229 期 PP 69~84。
[19]. 羅俊仁,白光LED 螢光粉,工業材料雜誌208 期PP 150~155。
[20]. 蔡敬恩、卓昌正、郭威宏、蔡政達、徐大正、潘錫明,
以MOCVD 在蝕刻過的藍寶石基板上成長氮化鎵薄膜
工業材料雜誌226 期 PP 158~163。
[21]. 劉如熹、林益山、廖秋峰,從藍光紫外光到白光,工業材料雜
誌220 期 PP 137~142。
[22]. 謝宗琳、 汪吉祥、 呂政璋、 黃首勳、許能傑、 洪正聰、黃
朝陽,白光發光二極體設計製造
[23]. 翁震灼, 熱量測在熱管理之應用, 工業材料雜220 期
PP 127~132。
[24]. Remsburg, Ralph, 1997, Advanced thermal design of electronic
equipment, Chapman & Hall.- , 2004,Application brief AB07,
Lumen maintenance of white LuxeonTMpower light sources,
LUXEON, Inc.
[25]. Osram product application note “Thermal Management of Golden
Dragon LED”
http://www.osram.convergy.de/scripts/appnotes_matchlist.asp
[26]. Osram product application note “Thermal Management of Golden
[27]. Lumileds product application brief AB25 “Luxeon 的可靠性”
http://www.lumileds.com/solutions
[28]. http://www.osram-os.com
[29]. http://www.cree.com
[30]. http://www.laminaceramics.com
[31]. http://www.ledsmagazine.com/
[32]. http://www.stockerYale.com
[33]. http://www.ledsmagazine.com/
[34]. 田運宜,”White LED Encapsulant Technology”
[35]. 蔡丕樁材料、蔡明雄、陳文照、廖金喜編譯”材料科學與程” ,
全華書局 PP 1-2~1-130、PP 4-1~4-127。
[36]. 財團法人光電科技工業協進會,
http://www.pida.org.tw/welcome.asp。
[37]. 工業技術研究院光電工業研究所,
http://www.oes.itri.org.tw/index.html
[38]. 游晶瑩、昝世蓉,發光二極體之熱傳分析,工業材料雜237 期
PP 99~108。
[39]. 群門科技股份有限公司,Icepak 測試版
[40]. Toyoda Gosei 專利WO02054503
[41]. Nichia 專利US5998925
[42]. 林志勳,全球發光二極體市場發展趨勢,工業材料雜246 期
PP 131~135。
[43]. 中華技術學院白光LED 研究群,白光發光二極體設計製造。
[44]. 陳元杰J、廖秋峰,LED 照明光源展望(四):散熱管理之必要
性,工業材料雜誌227 期 PP 176~180。
[45]. 邱國展,熱界面材料開發概論,工業材料雜誌217 期 PP
105~111。
[46]. 材料世界網,http://www.materialsnet.com.tw/
電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:校內立即公開,校外一年後公開 off campus withheld
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available


紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 已公開 available

QR Code