簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 張燁榮
Zhang, Ye-Rong
論文名稱: 精密鑄造LED燈座之散熱分析
Thermal Analysis of LED Lamp Holder Made by Precision Casting
指導教授: 趙隆山
Chao, Long-Sun
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: 104
中文關鍵詞: 精密鑄造介面熱阻熱對流係數田口方法
外文關鍵詞: Precision Casting, Interface Thermal Resistance, Heat convection coefficient, Taguchi method
相關次數: 點閱:95下載:5
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 隨著全球環保的意識抬頭,節能省電已成為當今的趨勢。LED 產業是近年來最受矚目的產業之一。發展至今,LED 產品已具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命週期長、且不含汞,具有環保效益…等優點。然而通常 LED 高功率產品輸入功率約為 20%能轉換成光,剩下 80%電
    能均轉換為熱能[1]。一般而言,LED 發光時所產生的熱能若無法導出,將會使 LED 接面溫度過高,進而影響 產品生命週期、發光效率、穩定性,故LED燈的散熱就成了很重要可以討論的議題。
    本研究是以利用精密鑄造法製作出不同形狀和不同材質的的散熱燈座,利用鑄造出來的散熱燈座去量測溫度,以量測到的溫度作為實驗的依據,並搭配模擬軟體COMSOL和田口方法來最佳化出適合燈座的熱對流係數,以實驗搭配模擬的方式來看燈座的散熱情形以及散熱途徑,發現若要做出有競爭性的LED燈泡產品,最重要的地方就是介面熱阻,若讓介面熱阻變小,則可以不使用導熱材料散熱膏,雖然有鰭片的燈座散熱性較好,但若基板與燈座的接觸面為緊密接觸,則可以省掉作鰭片的材料,則會讓產品更有競爭性,也利用模擬軟體找出燈座的熱對流係數,以便之後可當設計考量依據。

    With the rising awareness of global environmental protection, energy saving has become a trend. LED industry is one of the most watched industry in recent years. Developed so far, LED products have the features of energy saving, high efficiency, fast response, long life, no mercury and environmental benefits etc. However, about 20% input power of high power LED products is converted into light and the remaining 80% is into heat. If the heat cannot be well dissipated, the LED junction temperature will be too high, which will influence the life cycle, luminous efficiency and stability of the LED. In the study, different shapes of heat-dissipated lamp holders are made by the precision casting technique with different materials. Afterwards, the LED’s, installed in the holders, are lit and the holder temperatures are measured simultaneously. Based on the measured temperatures, the COMSOL simulation software and the Taguchi method are employed to estimate the convection heat transfer coefficients and the interfacial heat transfer coefficients. With the estimated heat transfer coefficients, the temperature distributions and the heat transfers in the lamp holder can be analyzed. The key point of the heat dissipation is the interfacial heat transfer coefficient or the interfacial contact resistance. If the interfacial thermal resistance is small, it is not necessary to use the thermal grease to increase the heat dissipation at the interface. If the holder have fins on its surface, the fins can help the heat transfer. However, if the contact at the interface is good enough, the fins can be saved or eliminated, which could make the product more competitive. The analysis results obtained from the thesis could be used as an important reference for the future design of lamp holder.

    摘要 I 目錄 IX 表目錄 XII 圖目錄 XV 符號說明 XIX 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 3 1-3 研究動機 4 第二章 基礎理論 6 2-1 精密鑄造法之定義 6 2-2 包模鑄造法之鑄造程序 8 2-2-1 模型製作 8 2-2-2 脫蠟 9 2-3 石膏造模法 9 2-4 石膏模用鑄造合金 11 2-5 鑄件的清理 12 2-5-1 澆、冒口系統之清除 12 2-5-2 表面清潔 13 2-6 LED熱傳遞 13 2-6-1熱傳導 14 2-6-2熱對流 14 2-6-3熱阻定義 15 第三章 實驗方法 18 3-1實驗設備與器材 18 3-1-1 矽膠 18 3-1-2 蠟 18 3-1-3 石膏 19 3-1-4 熱電偶點焊設備 20 3-1-5 熔解爐 20 3-1-6 溫度擷取設備 20 3-1-7 真空烘箱 21 3-1-8 石膏燒結爐 21 3-2 精密鑄造實驗模式 21 3-2-1 脫蠟鑄造法之實驗模式 21 3-2-2 石膏模鑄造法 23 3-3 溫度的量測 25 第四章 數值模擬與田口方法 37 4-1 流程設計 37 4-2 COMSOL 軟體介紹 37 4-3 系統環境參數設定 39 4-3-1 統御域設定 39 4-3-2 邊界的設定 40 4-3-3 網格設定 41 4-4 數值模型介紹 41 4-5 田口方法 42 4-5-1 控制因子 43 4-5-2 田口式直交表 43 4-5-3 品質計量方法 44 4-5-4 控制因子間之交互作用關係 45 4-6 控制因子對於SN比與品質特性關係 46 第五章 結果與討論 73 5-1 鑄造之結果 73 5-2 原模型量測溫度結果 74 5-3 田口方法最佳化之結果 74 5-3-1 確認實驗之結果 75 5-4 模擬數值的結果 75 5-4-1 模擬最後之結果 77 5-5成品的量測值 77 5-6 LED之散熱探討 78 5-6-1 外型之散熱探討 79 5-7鑄造成品之散熱分析 79 5-7-1 有鳍片燈座之熱對流係數分析 79 5-7-2 無鳍片燈座之熱對流係數分析 80 5-7-3需要改善的地方 81 第六章 結論 102 參考文獻 104

    [1] 柯文旺、謝文健, 導熱型碳化矽/尼龍66複合材料對LED燈散熱之研究: 2013 綠色科技工程與應用研討會, 2013.
    [2] 林明宗, 鑄造學: 長諾資訊圖書公司, 1993.
    [3] 張晉昌, 鑄造學: 科友圖書股份有限公司, 1998.
    [4] 林. 邱傳聖, 鑄造學: 高立圖書有限公司, 1997.
    [5] 林宗獻, 精密鑄造: 全華科技圖書股份有限公司, 2004.
    [6] 鍾秉憲, "高功率LED燈泡之熱分析," 2012.
    [7] 陳武宏, 精密鑄造應用實務: 全華科技圖書股份有限公司, 1989.
    [8] 賴耿陽, 精密鑄造技術-脫蠟.陶模.石膏模: 復漢出版社, 1983.
    [9] 張晉昌, 介紹精密鑄造作業流程, 2001.
    [10] 教育部數位教學資源入口網"鑄漿模(石膏)的製作": WWW.isp.moe.edu.tw.
    [11] 李輝煌, 田口方法:品質設計的原理與實務: 高立圖書有限公司.
    [12] DIGITIMES企劃. 高功率LED散熱技術與發展趨勢.
    [13] THE Engineering ToolBox.Convective Heat Transfer: www.EngineeringToolBox.com.
    [14] 吉. 蘇永道, 趙超, "LED"構裝技術: 五南圖書出版股份有限公司, 2011.
    [15] LED散熱基板: http://www.moneydj.com/kmdj/wiki/wikiviewer.aspx?keyid=b6b9a094-c449-4c3a-85b8-ae8c08dcdc9f.
    [16] 陳少宇, LED模組之熱分析: 工程科學系碩博士班,國立成功大學,台南市, 2006.
    [17] W. Scientific, Multiphysics Modelling with Finite Element Methods: William B J Zimmerman, 2006.
    [18] C. T. ARTICLE, optimizing pcb thermal performance for cree xlamp leds: www.cree.com.
    [19] 周傳訊, 中華民國鑄造學會會刊"蠟與射蠟", 1974.
    [20] 黃錦煌/吳佐群, 有限元素分析大師: 高立圖書有限公司, 2004.
    [21] 鄭景太, "高功率LED用高散熱基板技術介紹",工業材料雜誌, 2008.
    [22] 廖如仕, 高功率LED基板用導熱介電絕緣材料: 工業材料雜誌, 2010.
    [23] 陳建隆, 發光二極體之原理與製程: 全華圖書股份有限公司, 2011.

    下載圖示 校內:2019-09-03公開
    校外:2019-09-03公開
    QR CODE