LED机械应力失效分析

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 。 LED 的结构参考 figure 1 。

　　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。

　　• 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。

　　• 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。

　　• 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

　　• 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 ）；

　　• 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

　　• 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 ）；

　　• 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；

　　• #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；

　　• 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；

　　• 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

　　• 检查库存器件下面位置的 LED （ 4000pcs ），无不发光器件；

　　• 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；

　　• 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；

　　• 第一次测试为正常的 REG LED ，在重新组装后出现不良；

　　• 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。