ISBN 9783843943031

978-3-8439-4303-1, Reihe Ingenieurwissenschaften

Mahdi Soltani
Untersuchungen zu Zuverlässigkeit und Entwärmung von LEDs auf räumlichen Schaltungsträgern

209 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit behandelt die Zuverlässigkeitsuntersuchung und die numerische Modellierung von LEDs auf räumlichen Schaltungsträgern. Ziel dieser Untersuchungen ist die Erstellung von Lebensdauermodellen, welche sowohl zur Lebensdauerprognose als auch zur Ableitung von Design Rules angewendet werden.

Der experimentelle Teil beinhaltet eine umfassende thermische Materialcharakterisierung der verwendeten räumlichen Schaltungstrager. Ein Aufbau wurde konzipiert und aufgebaut, welcher Aussagen über das Langzeitverhalten von LEDs ermöglicht. Die LEDs wurden unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen getestet. Als Ergebnis zeigen die untersuchten MID-Materialien ein besseres Entwärmungspotential im Vergleich zur Standardleiterplatte.

Weiter wurden drei numerische Ansätze zur Ermittlung der Sperrschichttemperatur verfolgt. Die thermisch stationäre Analyse basiert auf Randbedingungen aus dem Experiment, berücksichtigt die prozessbedingte Anisotropie der thermischen Eigenschaften aber nicht. Die entwickelte gekoppelte Simulationsmethodik berücksichtigt hingegen den Fertigungsprozess und somit die Füllstofforientierung. Die vorgeschlagene thermisch transiente Analyse basiert auf transienten Messungen und darauffolgender Modellkalibrierung.

Aus den experimentellen Untersuchungen konnte unter Nutzung der Arrhenius-Gleichung ein Lebensdauermodell aufgestellt werden. Mithilfe der numerischen Ansätze und auf Basis der Arrhenius-Gleichung wurden Lebensdauerprognosen für LEDs sowohl auf planaren als auch auf 3D-Substraten getroffen. Die thermisch stationäre Analyse liefert gute Prognosen im Fall von LEDs auf planaren Substraten, ist aber im Fall von LEDs auf 3D-Substraten nicht anwendbar. Sowohl die gekoppelte Simulationsmethodik als auch die thermisch transiente Analyse können unabhängig von der Substratgeometrie angewendet werden.

Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten Design Rules abgeleitet und somit zeit- und kostenintensiver experimenteller Aufwand reduziert werden.