高功率LED之熱場模擬與結構分析

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姓名

鄭健宏(Chien-Hung Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

高功率LED之熱場模擬與結構分析
(Thermal Simulation of High Power LED Devices)

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摘要(中)

照明所消耗的電能佔總發電量重要的比例，LED只需花費很低的功率即可達到日常照明所需的亮度，故能有效的降低電能的使用。低功率的LED已廣泛應用於指示燈及顯示螢幕上，因其功率低，所以傳統LED並沒有太大的散熱問題。但若希望用來取代照明的高功率LED則受到其輸入功率高，使得散熱問題備受關注。而LED的效能和可靠度與熱場狀況密不可分，故有效的熱管理分析是必要的。
本研究利用有限元素套裝軟體，對高功率LED進行結構上的熱場模擬，並對模擬結果作深入的分析，進而針對溫度變化劇烈處提出有效的改善方法。發現溫度變化較大處為晶片上方的燈罩填充物及下方的焊錫空隙與晶片下表面處。本研究透過材料性質的提升與結構上的改變來討論對溫度變化較大處的影響，研究何種改進方法對LED的散熱有較好的表現，作為日後設計時參考的指標與努力的方向。

摘要(英)

An important part of the generated electric power is used in lighting. The LEDs can use lower power to reach the same illumination in compared with general lighting equipments. Therefore, the LEDs could save more electric energy. Typical LEDs are used for indicator lights and display segments popularly, and they only produce low amounts of heat. However, the high power LEDs were used to substitute lighting equipments, which will induce some problems in heat dissipation. The efficiency and reliability of high power LEDs are related with heat, so the effective thermal management analysis is necessary.
A finite element method package was used to simulate the thermal field of a high power LED in the present study, and then the simulated results were analyzed. Therefore, we proposed some improvements on epoxy and underfill which induced the apparent variation of temperature. We promoted material properties and changed the structure of chip package to study their effects for the thermal field of a high power LED. These results may give the directions for LED’s design.

關鍵字(中)

★ 發光二極體
★ 熱模擬

關鍵字(英)

★ LED
★ thermal simulation

論文目次

摘要I
英文摘要II
目錄III
圖表目錄V
符號說明VIII
第一章緒論1
1.1 前言1
1.2 LED簡介2
1.2.1 LED的發展2
1.2.2 LED的發光機制3
1.2.3 LED的優點5
1.3 溫度對LED所造成的影響7
1.4 研究動機與目的8
第二章熱傳遞原理與熱阻定義10
2.1 熱傳遞基本原理10
2.1.1 熱傳導原理11
2.1.2 熱對流原理11
2.1.3 熱輻射原理11
2.2 熱阻定義12
第三章 LED表面溫度量測實驗與設備14
3.1 實驗設備14
3.1.1 密閉箱14
3.1.2 電源供應器14
3.1.3 熱電偶15
3.1.4 溫度記錄器15
3.2 實驗設定與方法15
第四章有限元素數值分析17
4.1 有限元素法簡介17
4.2 統御方程式與邊界條件18
4.3 有限元素模型建立19
4.4 模型參數設定20
第五章結果與討論22
5.1 LED的熱傳遞途徑22
5.2 LED溫度量測結果與FEM模擬結果22
5.2.1 LED表面溫度量測結果22
5.2.2 FEM模擬結果與實驗比對23
5.2.3 模擬結果討論25
5.3 LED上途徑熱場探討26
5.3.1 晶片基板的改變26
5.3.2 燈罩填充物的改善27
5.3.3 燈罩的形式對溫場的影響28
5.4 LED下途徑熱場探討29
5.4.1 晶片封裝形式29
5.4.2 電極圖形變化31
5.5 散熱片的熱擴散現象31
第六章結論33
參考文獻35

參考文獻

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指導教授

陳志臣(Jyh-Chen Chen)

審核日期

2005-7-15

推文