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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳勇仁
研究生(外文):Yung-jen Chen
論文名稱:白光LED陶瓷支架光學模擬優化及可靠度測試之研究
論文名稱(外文):Ceramic Leadframe Optics Simulation Optimization and reliability verifying of White-Light LEDs
指導教授:周榮華周榮華引用關係
指導教授(外文):Jung-Hua Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系專班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:發光二極體陶瓷封裝LED可靠度
外文關鍵詞:LEDCeramicPLCCReliability
相關次數:
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白光發光二極體(White LED)將是未來綠色節能產業的主流。本文主要研究LED陶瓷封裝結構的可靠度試驗以及提升出光效率的光學模擬。目前LED 支架主要以PLCC塑膠材質的封裝型式較常見,但PLCC封裝,之缺點則是可靠性不佳,長時間點燈後會產生脆化及黃化現象,而影響到LED的光學特性。除了塑膠材質型式封裝外,另外一種材料的選擇就是陶瓷(Ceramic)封裝,其使用低溫燒結技術,材質特性不易改變,不黃化不脆化,其導熱率佳。
本論文研究使用陶瓷(Ceramic)材料做為LED 支架,透過光學模擬軟體TracePro分析,將支架碗杯角度及深度最佳化,實驗證明碗杯愈淺、角度愈大其發光愈佳,有最佳化的LED封裝效率比沒有最佳化的LED亮度提升約10%的提升,除了提昇LED發光效率外,其可靠度試驗也比塑膠穩定。
White light LED(White LED) will be the mainstream of the green energy-conserving Product in the future The main part of this thesis is the reliability test of ceramic packaging structure and the improvement of light emitting efficiency by optic simulations. Currently, the normal type of LED Package is Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) .However, for long time lighting, it will become unstable. Also, it may become yellowing and influence the optic characteristics of LEDs. Besides PLCC, the other LED package Uses ceramic of low temperature sintering technology and has stable characteristic and good heat conduction feature.
This thesis explores the reliability of ceramic LED packages and optimizes the angle and depth of the cup in lead frame by an optic simulation software, TracePro. This experiments prove that the cup of lead frame with a smaller depth and a larger angle will have better lighting efficiency. The optimized lead frame will be 10% better than that without optimization. The ceramic lead frame is also more stable than PLCC in long term applications.
摘要………………………………………………………………..I
Abstract……………………………………………………………II
致謝…………………………………………………………………III
文目錄……………………………………………………………..IV
圖目錄………………………………………………………………VII
表目錄………………………………………………………………XI
符號……………………………………………………………....XII
第一章 緒論 ………………………………………………………1
1.1 前言…………………………..…………………………1
1.2 研究動機……………………..…………………………2
1.3 研究目的……………………..…………………………3
1.4 論文架構……………………..…………………………4
第二章 白光LED介紹 …………………..……………………...5
2.1 LED發光原理介紹………..…………………………....5
2.2 白光LED封裝型式介紹.…………………………….…..8
2.3 LED發光效率………………………….………………….12
2.4全球LED產業發展趨勢…………………………………….22
2.5基本光學名詞…..…….….………………………………26
2.5.1 光束或光通量(luminous flux)..….….…....27
2.5.2 光度或光強度(luminous intensity).….…...27
2.5.3 照度(density of illumination).….........28
2.5.4 輝度(luminance)..….….……………...............28
2.5.5 流明/瓦(lm/W)..….……………..…….……….……..29
2.5.6 色溫(color temperature)..…........….…….…….29
2.5.7 演色性(color rendering)..…........….……......29
第三章 實驗設備與方法………..……………………………….29
3.1實驗目的與方法.……………...………………….…….30
3.2 實驗設備...………….………………………………….30
3.2.1電漿清洗機(Plasma Cleaner).………………….30
3.2.2 固晶機(Die Bonding)..…………………………31
3.2.3 銲線機(Wire Bonding)………………………….32
3.2.4 封膠機( Encap)……….……………...……….32
3.2.5烘烤箱(Oven) ...………….…………………….33
3.2.6 分光分色機(Testing and sorting)..…………34
3.2.7 高壓加速壽命試驗機(PCT)………….………….34
3.2.8 分光測色計(Color meter)…….…..………...35
3.2.9積分球(Integrating Sphere)……………………36
第四章 陶瓷支架光學優化模擬及驗證………………………….37
4.1陶瓷支架驗證流程及製程簡介.………………………….39
4.2 TracePro光學模擬軟體簡介………...…………………41
4.3模擬條件規劃..………..………………………………..42
4.4模擬數據分析……..…………...….……………………44
4.5 模擬結果……….………….…………………………….47
4.6 模擬結果樣品驗證……….……………………………..51
第五章 陶瓷及PLCC 可靠度驗證光學特性比較.……………….60
5.1 紅墨水試驗流程.….………..…………………...……60
5.2壓力鍋試驗流程………..……..………..………………61
5.3 IR Reflow試驗流程………..………………………...65
5.4 常溫Life試驗流程..…..…….....……………………66
第六章 結論與建議……………………………………………….70
6.1 結論……………………………………………………….70
6.2 建議……………………..…………..………………….71
參考文獻………………………..………………………………..72
自述
[1]林志勳,“LED應用市場發展趨勢”,工業材料雜誌第270期
[2]莊賦祥,“藍綠光發光二極體”,科學發展期刊第349期
[3]林志勳,“LED市場及應用發展”,研院產經技術研究中心
[4]許榮宗,“白光LED 製作技術走勢”,工業材料雜誌第220期
[5]E. Fred Schubert and Jong Kyu Kim,“Solid-State Light Sources Getting Smart”,VOL308 SCIENCE, (2005).
[5]劉如熹、林益山、廖秋峰,“從藍光紫外光到白光 ”,工業材料雜誌第220期.
[6]潘錫明、廖秋峰,“提高LED 發光效率之技術”,工業材料雜誌第221期.
[7]U. Zehnder, B. Hahn, J. Baur, M. Peter, S. Bader, H.J. Lugauer, A. Weimar,'GaInN LEDs - Straight way for Solid State lighting',OSRAM Opto Semiconductors.pdf (2009).
[8]陳韻元、廖秋峰、劉如熹,“認識有機矽封裝材料”,工業材料雜誌第222期.
[9]鄭景太,“高功率LED陶瓷封裝技術發展現況”, 工業材料260期.
[10]張正興,“陶瓷基板技術及發展趨勢”, 電子與材料雜誌第9期.
[11]鄭景太,“高功率LED封裝技術的發展現況(上) ”,工業材料雜誌第264期
[12]http://www.ledinside.com.tw/ (2009)
[13]J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O’shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, T.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. Gotz, N. F. Gardner, R.S. Kern, and S. A. Stockman,“High-power AlGaInN flip-chip lighting diodes,”Appl. Phys. Lett., Vol. 78,3379,(2001).
[14]http://www.lumileds.com./solutions (2009)
[15]林志勳,“全球LED市場發展趨勢”,工研院產經中心 (2009)
[16]LED產業展望週刊(2009)
[17]新電子科技雜,http://www.mem.com.tw/technologyexploring_ content.asp?sn=0807110012 (2009)
[18]鈜鑫電光科技, http://www.elit.com.tw/about-2-32.asp (2009)
[19]信通交通, http://www.sentecee.com/bigltcc.asp (2009)
[20]TracePro,“TracePro Manual,” Lambda Research Corporation, Release 3.2.0, (2004).
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