原创 LED机械应力失效分析

LED机械应力失效分析
天通浙江精电科技有限公司       胡永往

关键词：机械应力、裂纹、失效机理、敲击

1、失效模式：

产品中相同结构手插件LED的失效位号随机分布，失效比例高的LED集中在近离PCB板面的LED。

2、失效机理：

       组装时的机械应力导致LED引脚移位，使外引脚和内金线脱离而开路。

Ø         产品组装时因前面板和机壳咬合不顺畅，装配后前面板与机壳间存在缝隙，操作员将使用锤子敲击前面板。锤子误敲击在LED本体上时，LED本体将向后移（LED已经焊接在PCB上，两引脚固定），两引脚同时承受弯曲应力；

在下面位置的LED引脚暴露较短，LED后移时承受比上面位置LED更大的弯曲应力，当该力大于LED塑封体对引脚的阻力时，引脚发生位移并破坏LED塑料本体发生失效。

Ø         器件过波峰时无模具固定LED位置，LED易偏移，在组装时需对器件位置矫正，当矫正距离和力够大时也会造成LED承受机械应力。

Ø         在上面位置的LED由于引脚长，并引脚弯曲位置离LED本体相对远，引脚变形允许范围和应力传递距离比在下面位置的LED大，所以失效率远低于下面位置的LED。

3、分析步骤：

       Step 1: 外观检测和X-RAY检测

1)      器件内部金线在钎焊端与引脚（正极）开路，引脚存在位移（figure 5、7、9）；金线断口成尖形，为金属机械拉尖（figure 6、8、10）；

2)      在#3样品外观可观察到引脚错位（figure 13）和塑封外壳破损（figure 12）。

结合1、2说明引脚承受了向外的拉伸机械应力；

发生位移量大的引脚均是与金线钎焊的引脚（正极），因为该引脚线性度较大，LED塑封对引脚的阻力小。

#3样品负极引脚外露部分平行位错；说明焊接后LED本体曾向前移动。（由于LED塑封体对负极引脚的阻力较大，因此当向前推时负极整体引脚不易移动，而只能是局部区域发生位错）。

Step 2: 开封观察

1)       结合X-RAY侧视图和器件引脚图知下面位置LED引脚弯曲位置距离LED塑封体距离比上面位置的LED短（应力释放距离小）（参考figure 15、16、17）；

2)       从侧面观察失效器件引脚位置（#3样品），器件引脚的弯曲位置在塑料外壳的拐角处（figure 17）；说明器件失效时引脚为弯曲变形；

3)       #1 LED塑封破裂，正、负极引脚塑封体均存在裂纹，说明两引脚均承受机械应力；

4)       塑封体的裂纹发生在引脚弯曲同边，说明器件引脚承受弯曲机械应力导致；

5)       裂纹两边切口非圆边以及裂纹口存在大的位错，说明裂纹是由于机械应力导致而非热应力。

综上所述：器件失效发生在正负极两引脚同时弯曲时。而正负极两引脚同时弯曲发生在两个位置：a、LED组装在黑色塑料外壳后的引脚成型时（供应商）；b、LED组装在PCB上后，LED发生整体位移时（天通精电）；

Step 3: 数据调查

1）  检查库存器件下面位置的LED（4000pcs），无不发光器件；

2）  产品LED过波峰时无压件模具，LED会前后或左右偏移，组装时将对器件位置进行矫正；

3）  前面板和机壳本身咬合不顺畅，装配后前面板与机壳间存在缝隙，“安装前面板和贴标签”与“打上盖螺丝”两个工位会使用锤子对前面板进行敲击，敲击位置在LED灯附近，容易对LED进行误敲击；

4）  第一次测试为正常的REG LED，在重新组装后出现不良；

5）  把正常LED灯组装在万能板上模拟：向前移动LED，无失效；向后敲击LED本体，器件失效，塑料本体破损，失效现象与分析样品相同。

综上所述：LED来料无失效品；

LED本体承受向后的敲击应力时容易失效；

敲击应力来自于组装时的误敲击。

4、结束语：

       LED引脚在承受拉伸、弯曲应力时容易破坏塑封体而脱离内引线造成开路。产品在组装已经LED的成型时避免有机械应力通过引脚传递到LED内。