臺灣博碩士論文加值系統

隨著發光二極體功率日亦增加，加上本身體積小，熱通量高，散熱條件的短缺，造成晶片接點溫度過高，而高功率LED發光介面層需維持在125℃以下，大部分高功率LED的損壞，並不是到達額定壽命，而是晶片溫度過高所造成，無法有效的將熱量帶走，熱量持續積存在晶片上，經過一段時間將造成光通量衰減，壽命降低等問題。因此如何降低接點溫度，延長使用壽命是目前研究的重點。
本文使用計算流體力學軟體Fluent/Icepak模擬高功率發光二極體(LED)陣列熱源搭配不同幾何形式散熱鰭片的熱傳性能，藉由改變散熱鰭片幾何尺寸，分析模組晶片平均接點溫度，探討兩種不同類型的LED陣列模組，分別為正向照明及向下照明兩種，搭配三種鰭片形式分別為平板型、柱型、圓柱型，分析並比較LED陣列熱源的熱行為。
結果顯示在正向照明且低鰭片高度時，搭配平板型鰭片的高功率LED模組可獲得較佳的熱性能，而隨著鰭片高度提高三種鰭片熱性能差異性不大。在向下照明時，LED模組搭配柱型或圓柱型鰭片熱性能隨著鰭片高度而提升，當鰭片流道縮小時，柱型及圓柱型鰭片熱性能較搭配平板型性能佳。

As the increase in power of Light Emitting Diode (LED) with small volume, high heat generation and the short comings of heat transfer may lead to junction temperature too high because the power of it is getting much bigger gradually.
This study is to simulate high power LED array with three type of heat sink by CFD (Computational Fluid Dynamics) code. To analyze average junction temperature of the module chips by changing heat sink geometry size, and compare the thermal behavior of two kinds LED array module which is forward and downward direction lighting with plate fin, square pin fin and cylinder pin fin heat sink.
The results shows LED array module that in forward direction lighting can get the better performance with plate heat sink under lower fin height. In forward direction lighting, the thermal modules performance between three kinds of heat sink in forward direction lighting as the fin height increase. In downward direction lighting, the thermal performance of LED module with square pin fin and cylinder pin fin heat sink is good when increase fin height and decrease the flow channel width between the pins.

中文摘要　　 I
ABSTRACT　　 II
誌謝　　 IV
目錄　　 V
圖目錄　　 VIII
表目錄　　 XI
符號說明　　 XII

第一章 導論　　 1
1-1 前言　 1
1-2 原理介紹　 3
1-3 研究動機與目的　 4
1-4 本文架構　 7

第二章 問題描述與文獻回顧　　 10
2-1 問題描述　 10
2-1-1 物理尺寸模型　 11
2-1-2 本文研究步驟　 12
2-2 文獻回顧　 12

第三章 統御方程式與邊界條件　　 23
3-1 基本假設　 23
3-2 統御方程式　 23
3-3 邊界條件　 27

第四章 數值方法　　 30
4-1 前處理　 30
4-1-1 建立模型　 30
4-1-2 起始條件　 31
4-1-3 網格建構　 31
4-2 求解器　 32
4-2-1 控制體積法　 32
4-2-2 SIMPLE法　 32
4-3 後處理　 33

第五章 結果與討論　　 37
5-1 LED陣列模組溫度場及速度場　 38
5-2 結論　 75
5-3 建議　 77

參考文獻　　 78
簡歷　　 81

圖目錄

圖1-1 P-N介面示意圖　 8
圖1-2 LED封裝形式　 9
圖2-1正向照明示意圖　 17
圖2-2向下照明示意圖　 17
圖2-3 LED元件示意圖　 18
圖2-4 Heat slug尺寸圖　 18
圖2-5 LED陣列搭配平板型鰭片模型示意圖　 19
圖2-6 LED陣列搭配柱型散熱鰭片模型示意圖　 20
圖2-7 LED陣列搭配圓柱型散熱鰭片模型示意圖　 21
圖2-8散熱鰭片尺寸示意圖　 22
圖3-1ㄧ維等效熱阻電路圖　 29
圖4-1 Icepak流程圖　 35
圖4-2計算流程圖　 36
圖5-1正向照明H=10mm，鰭片流道內，流速分布圖　 44
圖5-2向下照明H=10mm，鰭片流道內，流速分布圖　 44
圖5-3正向照明 平板型鰭片間距與溫度變化圖　 45
圖5-4正向照明 平板型鰭片間距與熱阻變化圖　 46
圖5-5正向照明 柱型鰭片間距與溫度變化圖　 47
圖5-6正向照明 柱型鰭片柱數與熱阻變化圖　 48
圖5-7正向照明 圓柱型鰭片間距與溫度變化圖　 49
圖5-8正向照明 圓柱型鰭片間距與熱阻變化圖　 50
圖5-9正向照明 H=10mm間距與熱阻變化圖　 51
圖5-10正向照明 H=20mm間距與熱阻變化圖　 52
圖5-11正向照明 H=30mm間距與熱阻變化圖　 53
圖5-12正向照明 H=40mm間距與熱阻變化圖　 54
圖5-13正向照明 改變高度，間距d與溫度變化圖　 55
圖5-14正向照明 改變高度，間距d與熱阻變化圖　 56
圖5-15正向照明 改變高度，間距d與對流熱傳係數變化圖　 57
圖5-16正向照明d=6.1mm，H/B與熱阻變化圖　 58
圖5-17向下照明 平板型鰭片間距與溫度變化圖　 59
圖5-18向下照明 平板型鰭片間距與熱阻變化圖　 60
圖5-19向下照明 柱型鰭片間距與溫度變化圖　 61
圖5-20向下照明 柱型鰭片間距與熱阻變化圖　 62
圖5-21向下照明 圓柱型鰭片間距與溫度變化圖　 63
圖5-22向下照明 圓柱型鰭片間距與熱阻變化圖　 64
圖5-23向下照明 H=10mm間距與熱阻變化圖　 65
圖5-24向下照明 H=20mm間距與熱阻變化圖　 66
圖5-25向下照明 H=30mm間距與熱阻變化圖　 67
圖5-26向下照明 H=40mm間距與熱阻變化圖　 68
圖5-27向下照明 改變高度，間距d與溫度變化圖　 69
圖5-28向下照明 改變高度，間距d與熱阻變化圖　 70
圖5-29向下照明 改變高度，間距d與對流熱傳係數變化圖　 71
圖5-30向下照明d=4.6mm，改變高度，H/B與熱阻變化圖　 72
圖5-31 d=6.1mm，平板型鰭片H/B與熱阻變化圖　 73
圖5-32 d=4.6mm，柱型及圓柱型鰭片H/B與熱阻變化圖　 74

表目錄

表1-1有害物質最大含量圖　 8
表2-1材料特性　 16
表2-2 LED陣列模組幾何尺寸　 16

參考文獻
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