LED知识(最完整版)-第二部分

1、名詞解釋-玻璃轉移溫度玻璃轉移溫度nGlass Transition Temperature，Tgn塑膠或樹脂的高分子鏈，在低溫時呈現僵硬的狀態，而高溫時呈現柔軟的狀態。從微觀的角度來看，隨著溫度的上升，分子鏈由僵硬不動變為可以局部擺動。這個由硬變軟的溫度就稱為玻璃轉移溫度。由於分子鏈的擺動需要吸收能量，所以Tg在DSC上是吸熱的訊號。名詞解釋名詞解釋-收縮率收縮率nShrinkagen樹脂的硬化過程是藉由環氧基和其他官能基的反應構成高分子鏈，也就是說由小分子變成大分子。而小分子的運動性比大分子強，所佔據的體積也比較大。因此，硬化過程對材料而言一定會有收縮的現象。收縮率的測量可以用硬化前後的比

2、重差異得到。硬化溫度愈高，收縮率會愈大。這是因為高溫小分子所佔的體積較大，加上反應劇烈放熱集中，使得溫度更高所致。名詞解釋名詞解釋-熱膨脹係數熱膨脹係數nCoefficient of Thermal Expansion，n材料在溫度變化時所產生的長度（或體積）變化，稱為熱膨脹係數。塑膠及樹脂等高分子材料由於沒有緊密的晶格堆積，所以熱膨脹係數會比金屬和陶磁材料來得高。此外，在溫度超過Tg時，高分子鏈的擺動需要比較大的體積，所以熱膨脹係數會更大。所以，高分子材料的熱膨脹係數在Tg以下有一個1，而Tg以上有一個2。名詞解釋名詞解釋-冷熱衝擊實驗冷熱衝擊實驗nThermal Shock Resista

3、ncen本實驗是將試片在高低溫之間快速變化，觀察試片是否因熱脹冷縮而龜裂。當試片中包埋金屬材料時，龜裂常出現在樹脂和金屬的介面。這是因為二種材料的膨脹係數差異大，在冷熱衝擊時介面所受到的應力最大。要避免材料在冷熱衝擊失敗，除了儘量降低樹脂的熱膨脹係數，還要提高樹脂的韌性和介面的接著力。名詞解釋名詞解釋-熱裂解溫度熱裂解溫度nDecomposition Temperature, Tdn高分子材料主要是由共價鍵所組成，而不同的共價鍵有著不同的鍵能。當外加的溫度足夠高時，共價鍵會斷裂而變成小分子。接下來小分子就會燃燒，而使得材料的重量有所變化。熱裂解溫度大多是以重量損失5%的溫度作為基準。如果材料中

4、含有填充料，也可利用本法來測量填充料的含量。名詞解釋名詞解釋-介電常數、誘電率介電常數、誘電率nDielectric Constant、 Permittivityn如上圖所示，電荷增加的倍數即為材料的介電常數。材料中含有的偶極矩愈多，或極性愈強，則介電常數愈高。高分子材料在高溫時分子容易擺動而受到電場吸引，也會顯現較高的介電常數。_ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + +_ _ _ _+ + + +名詞解釋名詞解釋-介電強度、破壞電壓介電強度、破壞電壓nDielectric Strength、Breakdown Voltagen以直流電貫穿試片所需要的電壓稱為介電強

5、度，或稱破壞電壓。一般環氧樹脂的破壞電壓約為15kV/mm，也有些系統可以高達30kV/mm。名詞解釋名詞解釋-表面電阻表面電阻nSurface Resistancen如圖所示，電極位於試片的同側，藉由表面電流的測量可以得知材料的表面電阻。表面電阻低於104歸類為導體；大於1012則可視為絕緣體。介於二者之間則為可消除靜電的絕緣體。+ -各種官能基的特性各種官能基的特性n苯基苯基n苯環結構由於有六個共振的碳原子，所以其化學穩定性很高，且剛性也很高。而這個結構都是由單、雙鍵的碳原子組成，所以是屬於非極性的官能基。苯環還有提高材料Tg的效果。CCCCCC苯基的共振苯基的共振n共振結構會造成苯基周圍

6、分子鏈的斷裂，導致樹脂結構的破壞。因此屋外型的灌注品絕對不能使用含有苯基的材料。OOOOOOn氫氧基氫氧基n氫氧基是很重要的極性官能基。氧原子由於有二組孤電子對，帶有很強的陰電性，因此具有跟金屬、金屬氧化物的親合性。此外，氫氧基也是氫鍵的主要來源。在物理性質上本官能基呈現出柔軟、高韌性、低Tg等特性。OHOn胺基胺基n胺基也是可以和環氧樹脂反應的官能基。胺基的反應性通常很強，這是因為氮原子上有孤電子對，所以胺基有很強的陰電性所致。除此之外，胺基也具有觸媒的作用，和金屬的親和性良好。胺基常用於室溫硬化的系統，也有少數必須高溫才可以反應的例子。NH2Nn酸基、酯基酸基、酯基n酸基屬於極性而可以和環

7、氧樹脂反應的官能基，反應後的官能基稱為酯基。酸基和酯基由於有雙鍵結構，剛性會比氫氧基大。但酯基有可能因為酯交換反應而使分子鏈斷裂。OCOOCOOHCOn酸無水物酸無水物n酸無水物是由二個酸脫去一個水所構成。此官能基與環氧樹脂的反應溫和，為大型灌注配方所常用。其性質與酸基一樣，在保存及使用上需注意避免吸濕，否則會變成酸基。COOCORRn異氰酸酯基異氰酸酯基n本官能基和醇類反應即可構成PU的結構。異氰酸酯基也可以和環氧樹脂反應，達到改質的效果。本官能基屬於高極性基團，其軟硬度等機械性質主要由醇類控制。異氰酸酯基的毒性較強，最好使用分子量較高，揮發性較低的產品。OCNRORRNCO分析樹酯配方分析

8、樹酯配方樹脂（A劑）硬化劑（B劑）黏度（操作性）填充料含量（熱膨脹係數）反應性（觸媒含量）官能基（化學鍵）含水量分析樹酯配方（硬化物）分析樹酯配方（硬化物）硬化物透光度折射率介電常數（DEA）表面/體積電阻破壞電壓玻璃轉移溫度（DSC）熱膨脹係數（TMA）環境測試（高低恆溫槽）機械強度韌性收縮率（比重計）PhosphorsnPhosphors theorynPL CalibrationnPL EmissionnPL ExcitationnIntensity confirmnCIE locationPhosphors Theory螢光粉體發光示意圖螢光粉體發光示意圖H: Host (eg: Y3

9、Al5O12)A: Activator (eg. Ce3+)S: Sensitizer增感劑系統的螢光發光原理增感劑系統的螢光發光原理Al；Octahedral(B)Al；Tetrahedral(A)Y(X)X3(A3B2)O12Cubic (I a -3 d)Y3Al5O12；Yttrium Aluminum Garnet ( YAG )PL Calibration1. Lamp Spectrum : Using Xe to confirm the source Peak=467nm 200300400500600Wavelength,nm0.000.020.040.060.08Intens

10、ity,(photonsa.u.)2. Water Raman : Using pure water to confirm detector Fix 550nm excitation, Water Raman peak=397360370380390400410420430440450Wavelength,nm0E+02E+54E+56E+58E+5Intensity,(photonsa.u.)PL EmissionnGive the fix wavelength lamp source to excite the phosphorsnTo measure the emission wavel

11、ength. 400500600700800Wavelength,nm0E+05E+61E+72E+72E+7Intensity,(photonsa.u.)1.Give 470 nm2.Measure emissionResult=548nmParameter:Source: Fix 470nmDetector: 380780nmSlit: 0.5Rate: 2nm/secPL Excitation300350400450500ExcitationWavelength,nm0E+02E+64E+66E+6Intensity,(photonsa.u.)nSetting the absorb wa

12、velength from the emission spectrum. (548nm)nUsing different lamp source to excite phosphors.1. Setting emission = 548nm2.Measure excitationResult =466nmParameter:Source: 300500nmDetector: Fix 548nmSlit: 0.5Rate: 2nm/secIntensity ConfirmGive the right excitation wavelength lamp source. (466nm)To mea

13、sure the emission intensity. Repeat 5 times and take average in 520570nm.400500600700800Wavelength,nm0E+05E+61E+72E+72E+7Intensity,(photonsa.u.)1.Give 466 nm2.Measure IntensityResult=4.32E +6Parameter:Source: Fix 466nmDetector: 380780nmSlit: 0.5Rate: 2nm/sec3.Doing 5 timesCIE locationnTake the emiss

14、ion fig and erase excitation curve.(466m)nRun the data in program to calculate CIE location.400500600700800Wavelength,nm0E+05E+61E+72E+72E+7Intensity,(photonsa.u.)1.EraseingParameter:Source: Fix 466nmDetector: 380780nmSlit: 0.5Rate: 2nm/sec2.Run Program to calculate CIE x,yEmission-（短波段）（短波段）掃描波長520

15、570nm，使用excitation波長為466nm，掃描速率2nm/sec520530540550560570020000004000000600000080000001000000012000000IntensityW.L.(nm)4-3-2(100%)Tb-G3(80%)Comment:1.強度上強度上 4-3-2 x 80%=Tb-G32.S.D.=1%3.使用短波段掃瞄，使用短波段掃瞄，S.D.小小 於全波段，故以後效率量於全波段，故以後效率量 測使用短波段即可。測使用短波段即可。0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.00.10.20.30.40.50.60.70

16、.80.9StandardOsramLuxpia809114-3-200902460 nm470 nmwhite yx1.For 4-3-2 using 457.5nm2.For Tb1 using 467.5nmWhite Light LedWhite light sources based on wavelength convertersHow to make white light LED?nBlue-LED+Y-PhosphornBlue-LED+R/GPhosphornUV-LED+R/G/BPhosphornR/G/B-LED一般日光燈管UV光線激發螢光粉產生全波段光譜Blue-L

17、ED+Y-PhosphorUV-LED+R/G/BPhosphorUV LEDBlue-LED+R/GPhosphorR/G/B-LEDWhiteChipThermaleffect熱對LED元件影響熱阻量測方法介紹n由於LED封裝時晶片接面會被封裝材料蓋住，而無法直接量測晶片工作時其接面發熱的溫度，因此熱阻量測所採用的方式一般是利用元件的電性特性來量測，例如二極體的溫度及電壓特性。利用元件中二極體測試的實驗電性連接的方式n量測時首先需決定封裝的溫度敏感參數TSP（temperaturesensitiveparameter），該值為二極體之輸出電壓值。n以二極體而言，由於其順向偏壓和溫度會呈線性

18、關係，因此可用來做為溫度敏感參數(TemperatureSensitiveparameter)。n記錄幾點不同的溫度及電壓值，做出溫度校正線，如圖所示，找出實驗值的斜率，稱為K因子（Kfactor）。n由於一般實際的晶片上並不一定有容易量測的二極體接腳，再加上許多封裝需在封裝實際晶片之前就要量測封裝之熱阻值，因此大部分是採用熱測試晶片（thermaltestchip）來進行封裝的熱阻量測。n熱阻值一般常用或是R表示，其中Tj為接面位置的溫度，Tx為熱傳到某點位置的溫度，P為輸入的發熱功率。熱阻大表示熱不容易傳遞，因此元件所產生的溫度就比較高，由熱阻可以判斷及預測元件的發熱狀況。Rth=(Tj-

19、Tx)/PTa自然對流或強制對流條件下環境溫度Tc指熱由晶片接面傳到封裝外殼的溫度Tb指熱由晶片接面傳到測試板的溫度Tj指晶片junction位置的溫度TaTcn將封裝置於恆溫箱中加熱到固定溫度，等到封裝內部及環境溫度到達穩定，量測封裝表面的溫度值，記錄二極體電壓輸出（TSP）值。n依照T=KxTSP求出TnRth=(Ta+KxTSP-Tb)/PTa為輸入電源前的溫度，而TAss為到達穩定狀態時的溫度。Thermal Management Design支架環氧樹脂晶片金線銀膠Typical lamp packageMaterialsThermal conductivityGold wireGo

20、ld is good, but too tinySilver pastepoorEpoxyVery poorLead frameMaybe OK, but the area is not big enoughFor small current driving should be OK, but for high power LED.Gold wireSilver pasteEpoxyChipLead frameSubstrateChipEncapsulationLensPhosphorChip: Higher external efficiency chip (chip shape, surf

21、ace roughness, photonic crystal,.) Flip chip Lens: Lambertian or side emitting Die attach: Higher thermal conductive silver paste Eutectic solderingDie attachImprovements: Chip efficiency Thermal management Light extraction efficiencySubstrate: High thermal conductive ceramic substrate Metallic subs

22、tratePhosphor: Higher luminous phosphor High efficiency phosphor coating RGB tricolor phosphor Encapsulation: High refraction index materials Excellent thermal stability電腦輔助工程(CAE)電腦輔助工程-CAE(ComputerAidedEngineering)光學模擬設計-TracePro電腦輔助工程(CAE)n電腦輔助工程-CAE(ComputerAidedEngineering)n利用由數值方法發展之電腦模擬技術來模擬一

23、產品受到負載之情況，並藉由分析結果-受負載後的反應-來決定此產品之設計。CAE的特點n縮減原型測試時間，虛擬實驗室電腦模擬可以修改模擬測試條件，所有原型測試皆可在電腦中計算，計算結果並可提供修改設計使用。大幅減少設計後製造原型再進行實體測試的浪費n模擬分析不適合原型測試之產品過大或過小不易進行測試之產品(如：汽車、LED)，可藉由CAE進行模擬分析n透過CAE可以節省成本節省時間，縮減產品上市時間創造更可靠、更高品質之產品CAE的應用n伴隨著硬體與軟體不斷進步，CAE已深入於各行各業之應用-航太-汽車-機械-生醫-土木-半導體-微機電-電子業CAE進行流程前處理後處理求解器導入幾何模型建構網格

24、輸入材料性質建立邊界條件給定負載條件軟體分析計算確認結果之正確性整理計算結果CAE於LED產業的應用n計算熱傳現象，提供散熱設計參考，以避免工作溫度過高影響LED工作效率n計算熱變形與熱應力，提供材料選擇參考，以降低熱膨脹係數不匹配之現象實際應用範例 (LED熱傳分析)LED幾何模型網格模型溫度分布圖TracePro是什麼？是什麼？nTracePro是由美國是由美國Lambda Research Co.所發展的光學所發展的光學軟體。軟體。n提供真實模型，強大的光學分析能力以及親切的圖形使用提供真實模型，強大的光學分析能力以及親切的圖形使用介面。介面。nNon-Sequential以及以及Mon

25、te Carlo描光。描光。 n真實的模擬光線的真實的模擬光線的散射散射(scattering)，吸收吸收(absorption)，反射反射(reflection)和和折射折射(refraction)等現象。等現象。n兩大利器兩大利器-Importance Sampling & Rep TileTracePro模擬流程模擬流程幾何結構示意圖From Lumiledss SpecificationSide-emittingLEDSimulation結構剖面圖3D示意簡圖TracePro模擬介面Side-emittingLEDSimulation模擬輸出角度圖形Lumiledss 發光圖形

26、PMMA平板LED (7pcs)幾何結構示意圖能量分布示意圖形光源檢測光源檢測光源檢測光源檢測n光是一種電磁波 關於輻射 最基本的量便是 光源單位時間所輻射出的能量(輻射功率) 或者某截面積單位時間內所通過(入射)的功率(輻射能通量) 單位以瓦計n可是不同頻率(或波長)的光其效應往往不同 例如 人的眼睛可看見可見光範圍內的電磁波,有些物質對紅外光特別敏感而被製成紅外光偵測器 人的眼睛對於相同輻射能通量但是不同波長的可見光感受程度(亮度的感覺)是不相同的光及輻射光及輻射 (Light and radiation)n光是指人眼可以感知為明亮之電磁輻射，也可以說是整個電磁輻射光譜中人眼可以看見之部份；這部份之波長分佈在380到780 nm，只佔已知之電磁輻射光譜中之非常微小之部份。光通量光通量 (Luminous flux,)n單位：流明(lumen,lm)n由一光源所發射並被人眼感知之所有輻射能稱之為光通量。光強度(luminousintensity,I)n單位：坎德拉(candela,cd)n光源在某一方向立體角內之光通量大小。