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研究生: 李志洋
Li, Jhih-Yang
論文名稱: 晶圓級相機鏡頭之壓印製程研究
Study on Compression Molding for Wafer-Level Camera Lenses
指導教授: 李輝煌
Lee, Huei-Huang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 鏡頭壓印製程厚度差均勻度散熱
外文關鍵詞: Lens, Compression Molding, Thickness Difference, Uniformity, Heat Dissipation
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  •   本篇論文「晶圓級相機鏡頭之壓印製程之研究」主要的研究方向可分為三個部分,第一個部分是透過有限元素法模擬壓印製程的壓印過程,找出壓印過程的壓力分布,再去探討此壓力分布所造成的形變量,最後再與實際的壓印情形去做認證;第二部分是針對壓印動作完成後的照光固化的部分,將整個LED燈源模組進行光照均勻度的最佳化;第三個部分則是針對LED燈源模組的散熱系統做一個散熱的模擬。由於近年來,智慧型手機、平板電腦…等產品的需求量大幅上升,相機鏡頭的需求也隨之上升,隨著這些消費性電子產品越來越輕薄與平價,相機模組也就有了微型化與低價化的趨勢,這時候晶圓級相機技術才隨之受到注目,然而晶圓級相機鏡頭是利用UV固化壓印技術所產生的,而此技術在壓印過程中會產生壓力不均的情形,此情形將會導致整個產品產生厚度差的情形;另外,關於照光固化的部分,也因為光照均勻度的問題,導致整個產品的外圍部分固化速率過慢;此外,照光模組也引發了相對應的散熱溫度問題。
      本研究將透過電腦模擬的方式,先利用模流分析軟體Moldex3D進行壓印時的模擬,找出壓印完成後壓力的分布情形,再將此壓力分布匯入到ANSYS去觀測其壓力分布所對應的變形量;接著針對LED燈源模組進行初步的模擬,再將初步模擬所得到的經驗應用到實際的機台上,並且與實際光照情形進行比對;最後則是針對與實際燈源模組所採用的散熱風箱進行模擬,確認LED光照模組所產生的廢熱不會對LED造成影響。透過本研究,可以預測出壓印製程所產生的厚度差,並且找出較佳的光照模組,甚至模擬了LED燈源最害怕的溫度問題,相信本研究一定對於晶圓級相機技術的開發有一定程度上的幫助。

    There are three primary parts in this thesis. First, using the finite element simulation to simulate compression molding process, acquiring the pressure distribution in the end of compression molding process, and predicted the deformation corresponded to the pressure distribution, and then verified it with real deformation. Second, the optical simulations of LED module are used for the UV curing at the end of compression molding, and then optimize the uniformity for LED module. Third, we simulate the cooling system for the LED module.
    The need of smart phones and pad computers is increasing dramatically among years, so as the need of camera lenses. Since these products became slighter and cheaper than before, the current trends is toward slightness and low price for camera modules. Then, the wafer-level camera technology attracts attention. The wafer-level camera lenses are produced by compression molding. On the process of compression molding, the pressure distribution was not uniform. It would produce thickness difference in our products, which is not allowed in real production. As for the UV curing, there were uniformity problem of the LED module. It would produce the different curing velocity of the final product. Otherwise, the LED module would cause the problem of heat dissipation.
    As a result, this study used computer simulation to simulate this process. First, we used the Moldex3D to simulate compression molding process, and found the pressure distribution. Then, we used the ANSYS to predict the deformation corresponded to the pressure distribution. Second, we used the TracePro to simulate the optical case for the LED module, and confirmed this simulation result with experiment data. Finally, we simulated the cooling system of the LED module to observe the final temperature of this system. This study predicted the thickness difference, optimized the LED module and observed the final temperature of the cooling system through computer simulation, which could help improve compression molding process.

    摘要 I 致謝 X 目錄 XI 表目錄 XIV 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 文獻回顧與相關研究 4 1.3-1 熱壓印技術 5 1.3-2 軟微影技術 6 1.3-3 UV固化壓印技術 7 1.4 論文架構 8 第二章 數值分析理論 10 2.1 模流分析理論與相關軟體 10 2.1-1 連續方程式 10 2.1-2 動量方程式 10 2.1-3 能量方程式 11 2.1-4 模流軟體簡介 11 2.2 結構分析理論與相關軟體 13 2.2-1力平衡方程式 13 2.2-2 應變與變位關係 14 2.2-3 應力與應變關係 14 2.2-4 結構分析軟體簡介 14 2.3光學分析理論與相關軟體 16 2.3-1幾何光學 16 2.3-2 照明光學 17 2.3-3 光源強度均勻度定義 17 2.3-4 光學選用軟體簡介 18 2.4 散熱分析理論與相關軟體 19 2.4-1 熱傳基本理論 19 2.4-2 層流與紊流 20 2.4-3 散熱選用軟體簡介 20 第三章 有限元素分析 22 3.1 問題描述 22 3.1-1 厚度差問題 23 3.1-2 光照均勻度問題 24 3.1-3 散熱問題 25 3.2 有限元素模型建立 26 3.2-1 壓印幾何模型建立 26 3.2-2 LED燈源模組幾何模型建立 28 3.2-3 散熱風箱幾何模型建立 33 3.3 邊界條件與參數設定 35 3.3-1 壓印邊界與參數設定 35 3.3-2 光學模擬參數設定 46 3.3-3 散熱模擬參數設定 48 3.4 模擬分析與進階探討 50 3.4-1 壓印模擬之進階探討 50 3.4-2 光學模擬之進階探討 52 第四章 結果討論與比較 71 4.1 壓印分析結果 71 4.1-1 模流分析結果 71 4.1-2 結構分析結果 73 4.1-3 壓印分析結果討論 76 4.2 光學分析結果 77 4.2-1 光學分析結果(a) 77 4.2-1 光學分析結果(b) 81 4.2-3 光學分析結果討論 86 4.3 散熱分析結果 87 4.3-1 散熱模擬結果 87 4.3-2 散熱分析結果討論 90 第五章 結論與未來展望 91 5.1 結論 91 5.2 未來展望 92 參考文獻 93 索引 95 自述 97

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