Assembly and reliability of LED-modules

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2008
Major/Subject
Elektroniikan valmistustekniikka
Mcode
S-113
Degree programme
Language
fi
Pages
vii + 104
Series
Abstract
The purpose of this thesis was to study inorganic LED-materials, especially InGaN and AlGaInP, and their operational principles, packaging, assembly as well as factors, which contribute to the reliability of LEDs. Also a summary of the current performance and future challenges of LED -components was made. So far the total absence of standards made especially for LEDs have slowed down the progress of LED-technology. The need for standards was evaluated and a summary of those currently under development is given. Nowadays, the reliability problems of high power LED-components tend to be package, and not chip related. Because of that, the reliability of LEDs where examined through the failure mechanisms of the package, leaving the reliability factors concerning the inner structure of the active components with less attention. Special attention was given to the thermal management and the design of first and second level packaging, which play a crucial role in the performance and reliability of light emitting devices. A probabilistic-approach-based reliability model of semiconductor light emitting devices was also given. Using this model with given initial light-emitting performance and degradation behaviour, the reliability function of the devices can be obtained. The results obtained by utilizing the model correlated well with experimental results available.

Työn tavoitteena oli tarkastella epäorgaanisista materiaaleista, erityisesti InGaN ja AIGalnP, valmistettujen LED:ien yleistä toimintaperiaatetta, kotelointia, kokoonpanoa ja kokoonpanon luotettavuuteen vaikuttavia tekijöitä. Kirjallisuusselvityksen pohjalta tehtiin lisäksi yhteenveto LED:ien tämänhetkisestä suorituskyvystä ja tulevaisuuden haasteista. Eräs tärkeimmistä LED-teknologian kehitystä hidastavista tekijöistä on erityisesti LED:ejä varten kehitettyjen standardien puuttuminen. Työssä arvioitiin standardien tärkeyttä LED-teknologialle ja tehtiin yhteenveto kehitteillä olevista standardeista. 8uuritehoisten LED-komponenttien luotettavuusongelmat ovat tällä hetkellä pääasiassa kotelointiin, eikä itse valonlähteenä toimivaan siruun liittyviä. Tämän vuoksi LED kokoonpanojen luotettavuutta tarkasteltiin LED-koteloinnin materiaalien yleisimpien vauriomekanismien kautta, jättäen siron rakenteeseen liittyvät luotettavuustekijät vähemmälle huomiolle. Erityinen huomio kohdistettiin komponentti-ja kokoonpanotason termiselle hallinnalle, jolla on ehdottoman tärkeä vaikutus LED-moduulien suorituskykyyn ja luotettavuuteen. Työssä esitettiin myös todennäköisyyslaskentaan perustuva LED-komponenttien luotettavuuden ennustamismalli. Mallin käyttö tietyillä komponenttien elinajan alkuvaiheen suorituskykyarvoilla ja vikaantumiskäyttäytymisellä mahdollistaa komponenttien luotettavuusfunktion arvioinnin. Mallilla laskettujen ennusteiden havaittiin korreloivan hyvin kokeellisten tulosten kanssa.
Description
Supervisor
Kivilahti, Jorma
Thesis advisor
Vuorinen, Vesa
Keywords
reliability, LED, standards, AlGaInP, thermal management, InGaN, luotettavuus, standardit, terminen hallinta
Other note
Citation