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系統識別號 U0026-1508201218145200
論文名稱(中文) 高功率LED金線焊接結構之探討
論文名稱(英文) A study of gold wire bonding structures of high power LEDs
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系專班
系所名稱(英) Department of Engineering Science (on the job class)
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生(中文) 易柏良
研究生(英文) Po-Liang Yi
學號 n97991202
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 89頁
口試委員 指導教授-周榮華
口試委員-王榮泰
口試委員-趙隆山
中文關鍵字 高功率LED  ANSYS Workbench  應力  安全係數 
英文關鍵字 high power LEDs  ANSYS Workbench  stress  safety factor 
學科別分類
中文摘要 本文以高功率LED之金線,利用ANSYS Workbench進行熱,推力及拉力模擬之探討,主動變因為LED之發熱功率,金線之電流值,金線之金球厚度,金線之線弧高度,金線之線弧長度及金線之線台長度,固定因子為環境溫度,金球之推力值,金線之拉力值,及推,拉力持續時間,而被動變因為金球接面及金線HAZ部位之應力及安全係數。
本研究結果發現,若要降低金球接面之應力,調整金球厚度會有較佳之效果,而若要降低金線HAZ部位之應力,調整金線之線弧高度會有最佳效果,其次為線台長度,而調整線弧長度,其效果最差。而就金球厚度而言,當厚度增加至0.01mm時,就成本及應力上已達到最佳效果,就金線之線弧高度而言,當高度增加至0.2mm時,就成本及應力上已達到最佳效果,就線弧長度而言,當長度為1mm時,已有最佳效果,就金線之線台長度而言,當長度為0.25mm時,就成本及應力上已達到最佳效果。而當驅動電流增加至1000mA時,金球厚度為0.005mm,其金球接面會有破壞之現象產生,不過此現象可由增加金球厚度來改善。
英文摘要 In this thesis, the gold wire of high power LED is investigated using simulations of thermal, shearing and pulling behaviors by ANSYS Workbench. The main factors are heating power of the LED, the thickness of the gold ball, the current, the loop height, the wire length and the span of the gold wire. The fixed conditions are the ambient temperature, the shearing value of the gold ball, the pulling value of the gold wire and the duration of shearing and pulling. The simulated parameters are the stress and safety of the junction of the gold ball and the HAZ of the gold wire.
The results show that adjusting the thickness of the gold ball is the best to decrease the stress of the junction of the gold ball. Adjusting the loop height is the best to decrease the stress of the HAZ of the gold wire. Adjusting the span is the second to decrease the stress of the HAZ of the gold wire. Adjusting the wire length is the worst in decreasing the stress of the HAZ of the gold wire. When the thickness is increased to 0.01mm, it is the best on the cost and strength. When loop height is increased to 0.2mm, it is the best on the cost and strength. When wire length is increased to 1mm, it is the best on the cost and strength. When span length is increased to 0.25mm, it is the best on the cost and strength. When the current is increased to 1000mA and the thickness of the gold ball is 0.005mm, the junction of the gold ball is damaged. But this situation can be improved by increasing the thickness of the gold ball.
論文目次 表目錄.....................VIII
圖目錄.......................IX
符號說明..................XVIII
第一章 導論....................1
1-1 前言......................1
1-2 研究動機...................3
1-3 發光二極體原理介紹..........4
1-4 金線線形介紹...............5
1-5 文獻回顧...................7
1-5-1 溫度分析探討..............7
1-5-2 焦耳熱與電流聚集效應之探討..11
1-5-3 HAZ分析探討..............13
1-5-4 金線分析探討 ..............14
1-6 研究方法與目的...............21
第二章 基礎理論..................24
2-1 熱傳理論....................24
2-1-1 熱傳導....................24
2-1-2 熱對流....................24
2-2 焦耳定律....................25
2-3 材料力學理論.................25
第三章 實驗方法與設備..............28
3-1 實驗方法.....................28
3-2 實驗設備.....................28
3-2-1 電源供應器.................28
3-2-2 熱電偶溫度量測器............29
3-2-3 絕熱環境...................29
3-3 實驗模型.....................30
3-3-1 LED模組....................30
3-3-2 鋁基板.....................31
第四章 數值模擬....................32
4-1 ANSYS軟體介紹.................32
4-2 數值模型介紹...................32
4-2-1 實體模型建立 .................32
4-2-2 網格數確認...................34
4-3 材料性質之設定..................36
4-4 邊界條件之設定..................37
4-4-1 溫度模擬.....................37
4-4-2 熱應力模擬...................38
4-4-3 推力模擬.....................38
4-4-4 拉力模擬.....................39
第五章 結果與討論....................42
5-1 溫度模擬........................42
5-1-1 模擬溫度與實驗溫度之比較.........42
5-1-2 金線電流密度,焦耳熱及溫度分佈狀況.43
5-2 熱應力模擬.......................45
5-2-1 金球厚度與金球接面及金線HAZ之關係..45
5-2-2 線弧高度與金球接面及金線HAZ之關係..52
5-2-3 線弧長度與金球接面及金線HAZ之關係..56
5-2-4 線台長度與金球接面及金線HAZ之關係..60
5-2-5 不同驅動電流之應力模擬............65
5-3 推力模擬..........................67
5-4 拉力模擬..........................69
5-4-1 線弧高度與金線之關係..............69
5-4-2 線弧長度與金球接面及金線HAZ之關係...74
5-4-3 線台長度與金球接面及金線HAZ之關係...78
5-5 比較..............................83
第六章 結論與建議.......................86
參考文獻..............................87
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