LED 機(jī)械應(yīng)力失效分析

1 、失效模式：

產(chǎn)品中相同結(jié)構(gòu)手插件 LED|0">LED 的失效位號(hào)隨機(jī)分布，失效比例高的 LED 集中在近離 PCB 板面的 LED 。 LED 的結(jié)構(gòu)參考 figure 1 。

2 、失效機(jī)理：

組裝時(shí)的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致 LED 引腳移位，使外引腳和內(nèi)金線脫離而開路。

• 產(chǎn)品組裝時(shí)因 前面板和機(jī)殼咬合不順暢，裝配后前面板與機(jī)殼間存在縫隙，操作員將 使用錘子敲擊前面板。錘子誤敲擊在 LED 本體上時(shí)， LED 本體將向后移（ LED 已經(jīng)焊接在 PCB 上，兩引腳固定），兩引腳同時(shí)承受彎曲應(yīng)力；

在下面位置的 LED 引腳暴露較短， LED 后移時(shí)承受比上面位置 LED 更大的彎曲應(yīng)力，當(dāng)該力大于 LED 塑封體對引腳的阻力時(shí)，引腳發(fā)生位移并破壞 LED 塑料本體發(fā)生失效。

• 器件過波峰時(shí)無模具固定 LED 位置， LED 易偏移，在組裝時(shí)需對器件位置矯正，當(dāng)矯正距離和力夠大時(shí)也會(huì)造成 LED 承受機(jī)械應(yīng)力。

• 在上面位置的 LED 由于引腳長，并引腳彎曲位置離 LED 本體相對遠(yuǎn)，引腳變形允許范圍和應(yīng)力傳遞距離比在下面位置的 LED 大，所以失效率遠(yuǎn)低于下面位置的 LED 。

3 、分析步驟：

Step 1: 外觀檢測和 X-RAY 檢測

• 器件內(nèi)部金線在釬焊端與引腳（正極）開路，引腳存在位移（ figure 5 、 7 、 9 ）；金線斷口成尖形，為金屬機(jī)械拉尖（ figure 6 、 8 、 10 ）；

• 在 #3 樣品外觀可觀察到引腳錯(cuò)位（ figure 13 ）和塑封外殼破損（ figure 12 ）。

結(jié)合 1 、 2 說明引腳承受了向外的拉伸機(jī)械應(yīng)力；

發(fā)生位移量大的引腳均是與金線釬焊的引腳（正極），因?yàn)樵撘_線性度較大， LED 塑封對引腳的阻力小。

• #3 樣品負(fù)極引腳外露部分平行位錯(cuò)；說明焊接后 LED 本體曾向前移動(dòng)。（由于 LED 塑封體對負(fù)極引腳的阻力較大，因此當(dāng)向前推時(shí)負(fù)極整體引腳不易移動(dòng)，而只能是局部區(qū)域發(fā)生位錯(cuò)）。

Step 2: 開封觀察

• 結(jié)合 X-RAY 側(cè)視圖和器件引腳圖知下面位置 LED 引腳彎曲位置距離 LED 塑封體距離比上面位置的 LED 短（應(yīng)力釋放距離?。▍⒖?figure 15 、 16 、 17 ）；

• 從側(cè)面觀察失效器件引腳位置（ #3 樣品），器件引腳的彎曲位置在塑料外殼的拐角處（ figure 17 ）；說明器件失效時(shí)引腳為彎曲變形；

• #1 LED 塑封破裂，正、負(fù)極引腳塑封體均存在裂紋，說明兩引腳均承受機(jī)械應(yīng)力；

• 塑封體的裂紋發(fā)生在引腳彎曲同邊，說明器件引腳承受彎曲機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致；

• 裂紋兩邊切口非圓邊以及裂紋口存在大的位錯(cuò)，說明裂紋是由于機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致而非熱應(yīng)力。

綜上所述：器件失效發(fā)生在正負(fù)極兩引腳同時(shí)彎曲時(shí)。而正負(fù)極兩引腳同時(shí)彎曲發(fā)生在兩個(gè)位置： a 、 LED 組裝在黑色塑料外殼后的引腳成型時(shí)（供應(yīng)商）； b 、 LED 組裝在 PCB 上后， LED 發(fā)生整體位移時(shí)（天通精電）；

Step 3: 數(shù)據(jù)調(diào)查

• 檢查庫存器件下面位置的 LED （ 4000pcs ），無不發(fā)光器件；

• 產(chǎn)品 LED 過波峰時(shí)無壓件模具， LED 會(huì)前后或左右偏移，組裝時(shí)將對器件位置進(jìn)行矯正；

• 前面板和機(jī)殼本身咬合不順暢，裝配后前面板與機(jī)殼間存在縫隙， “ 安裝前面板和貼標(biāo)簽 ” 與 “ 打上蓋螺絲 ” 兩個(gè)工位會(huì)使用錘子對前面板進(jìn)行敲擊，敲擊位置在 LED 燈附近，容易對 LED 進(jìn)行誤敲擊；

• 第一次測試為正常的 REG LED ，在重新組裝后出現(xiàn)不良；

• 把正常 LED 燈組裝在萬能板上模擬：向前移動(dòng) LED ，無失效；向后敲擊 LED 本體，器件失效，塑料本體破損，失效現(xiàn)象與分析樣品相同。

綜上所述 ： LED 來料無失效品；

LED 本體承受向后的敲擊應(yīng)力時(shí)容易失效；

敲擊應(yīng)力來自于組裝時(shí)的誤敲擊。

4 、結(jié)束語：

LED 引腳在承受拉伸、彎曲應(yīng)力時(shí)容易破壞塑封體而脫離內(nèi)引線造成開路。產(chǎn)品在組裝已經(jīng) LED 的成型時(shí)避免有機(jī)械應(yīng)力通過引腳傳遞到 LED 內(nèi)。