不良瓷嘴導(dǎo)致LED“死燈” 瓷嘴優(yōu)化刻不容緩

　　大量失效分析案例證明，LED封裝器件的死燈失效絕大多數(shù)來自于引線連接的電氣回路斷開所造成，這與不良的引線鍵合或由于引線鍵合引入的隱患有著莫大的關(guān)系。誠(chéng)然，在焊線工藝?yán)?，質(zhì)量上乘的相關(guān)材料、性能穩(wěn)定的設(shè)備、合理的程序參數(shù)以及技術(shù)員熟練的操作，是保證生產(chǎn)出高品質(zhì)的焊線半成品的主要因素，但同時(shí)，我們不得不關(guān)注另外一個(gè)對(duì)引線鍵合品質(zhì)有著重要影響的角色：瓷嘴。瓷嘴雖小，可謂五臟俱全，它有著非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)，各個(gè)結(jié)構(gòu)又有著嚴(yán)密的參數(shù)，它與程序參數(shù)一起對(duì)于植球、切線后的形貌、焊接質(zhì)量起著決定性的作用。目前，市場(chǎng)上可選用的瓷嘴品類繁多，質(zhì)量層次不齊，并有不同的規(guī)格可供不同的應(yīng)用場(chǎng)合的需求。因此，對(duì)于封裝廠家來說，如何選用一款規(guī)格合適的瓷嘴，對(duì)于提高焊線質(zhì)量和提高燈珠整體可靠性有著非常重要的作用。另外瓷嘴長(zhǎng)期使用后會(huì)有磨損，若繼續(xù)使用，必將帶來連接強(qiáng)度下降、線弧刮傷等方面的隱患，因此，封裝廠必須結(jié)合實(shí)際情況對(duì)瓷嘴壽命做科學(xué)的評(píng)估，制定合理的瓷嘴壽限。

　　金鑒檢測(cè)作為國(guó)內(nèi)唯一一家專注于LED材料分析的實(shí)驗(yàn)室，采用高端微區(qū)分析設(shè)備和手段，可對(duì)瓷嘴微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和測(cè)量，結(jié)合用該瓷嘴焊線后半成品引線鍵合質(zhì)量的分析和評(píng)價(jià)，可以對(duì)瓷嘴選用是否合適、瓷嘴壽限評(píng)估等項(xiàng)目給出極具價(jià)值的參考意見，幫助客戶提升引線鍵合質(zhì)量，生產(chǎn)出高可靠性、高品質(zhì)的LED產(chǎn)品。

　　在目前的LED封裝焊線工藝中，主流的焊線技術(shù)采用的是熱壓超聲鍵合技術(shù)。所謂熱壓超聲鍵合，是指將引線末端采用電子打火棒打火燒結(jié)成金屬球，再利用瓷嘴經(jīng)由超聲波振蕩能量在一定的焊接壓力下，讓焊球與焊墊產(chǎn)生相對(duì)的摩擦運(yùn)動(dòng)，并借由快速摩擦產(chǎn)生的能量使焊球發(fā)生塑性變形，并與焊墊達(dá)到離子程度的熔接。由于瓷嘴對(duì)于焊接過程中植球和切線的塑型、線弧成形以及鍵合強(qiáng)度起著至關(guān)重要的作用，因此其選用是否合適及使用壽命管控是否恰當(dāng)，將對(duì)LED封裝成品質(zhì)量和可靠性起著決定性的影響。

　　例如，CD(倒角直徑)、ICA(內(nèi)倒角角度)對(duì)植球后塑型有重要影響。

　　又例如，OR(外弧半徑)、FA(面角)大小對(duì)切線后魚尾長(zhǎng)度、契面是否平緩均有影響。

　　服務(wù)客戶

　　封裝廠、設(shè)備廠

　　檢測(cè)項(xiàng)目

　　檢測(cè)項(xiàng)目一：瓷嘴甄選

　　新品或新工藝導(dǎo)入時(shí)，焊線工藝中要選用一款合符規(guī)格的新瓷嘴來匹配鍵合絲，這對(duì)于焊接出質(zhì)量上乘的焊線半成品至關(guān)重要。傳統(tǒng)的做法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或打樣驗(yàn)證來甄選(一般選擇標(biāo)準(zhǔn)H=1.2~1.5WD)。但是，誠(chéng)如上述，實(shí)際上瓷嘴頭部有著極其復(fù)雜精密的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，他們都對(duì)于植球和切線的塑型、成形以及鍵合強(qiáng)度起著決定性的影響，這種傳統(tǒng)的甄選方法，不僅太過粗糙，而且對(duì)焊接出的半成品無法評(píng)估，更無法保證其質(zhì)量，若選擇不合適，輕則造成焊接設(shè)備斷線頻繁，降低效率，耽誤工時(shí);重則引入連接隱患，引線連接強(qiáng)度低，成品測(cè)試或使用時(shí)，冷熱沖擊后出現(xiàn)死燈等異常，造成嚴(yán)重?fù)p失。金鑒檢測(cè)采用微區(qū)分析設(shè)備和手段，可對(duì)瓷嘴精細(xì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)(瓷嘴的參數(shù)檢測(cè)包括：L、 H 、CD、IC、ICA、T、OR、FA、IBT、OT )，以及焊接半成品進(jìn)行微觀觀察和分析，并對(duì)焊接質(zhì)量作出綜合評(píng)估，協(xié)助客戶選擇參數(shù)合適的瓷嘴以焊接出高質(zhì)量的焊線半成品。

　　檢測(cè)項(xiàng)目二：瓷嘴磨損分析及壽命制定

　　瓷嘴長(zhǎng)期使用后會(huì)有磨損，嘴尖結(jié)構(gòu)也隨之被破壞，若繼續(xù)使用，焊接出的引線必將帶來連接強(qiáng)度下降、線弧刮傷等方面的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，因此，必須結(jié)合實(shí)際情況制定嚴(yán)格的使用壽限，壽命點(diǎn)數(shù)到后，應(yīng)該及時(shí)更換新的瓷嘴。在LED封裝廠，對(duì)于壽命的管控亦大多采用經(jīng)驗(yàn)值，或采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合推拉力測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出結(jié)果，然后在機(jī)臺(tái)上設(shè)置壽命點(diǎn)數(shù)，瓷嘴到壽限后，機(jī)臺(tái)自動(dòng)報(bào)警提示更換。但是，由于所使用材料材質(zhì)存在差異，以這種經(jīng)驗(yàn)值或統(tǒng)計(jì)結(jié)果制定的瓷嘴壽命非常不精確，壽命制定過長(zhǎng)，磨損嚴(yán)重后將帶來焊接隱患，壽命制定過短，又造成極大的成本浪費(fèi)。金鑒檢測(cè)采用微區(qū)分析設(shè)備和手段，可對(duì)瓷嘴磨損情況、焊接半成品等進(jìn)行觀察和分析，協(xié)助客戶制定準(zhǔn)確合適的瓷嘴使用壽限。

　　案例分析

　　一：瓷嘴甄選

　　市場(chǎng)上有品類繁多的瓷嘴型號(hào)可供選擇，其品質(zhì)好壞(如耐磨損性能等)將對(duì)引線焊接工藝產(chǎn)生直接影響。金鑒檢測(cè)可以對(duì)瓷嘴工作面區(qū)域檢測(cè)和分析，還可以對(duì)瓷嘴焊接一定點(diǎn)數(shù)后工作面區(qū)域磨損情況進(jìn)行觀察和評(píng)估，為客戶甄選一款適合的瓷嘴給出合理的參考意見。如圖所示，某客戶通過檢測(cè)后的綜合對(duì)比選用的某款型號(hào)的瓷嘴，其采用Al2O3(紅寶石)材質(zhì)，工作面進(jìn)行粗化處理，有利于改善焊點(diǎn)鍵合強(qiáng)度。

　　二：瓷嘴對(duì)植球的影響

　　瓷嘴選擇是否合適，對(duì)于植球后球形貌、鍵合質(zhì)量等有著重要影響。金線之線徑與瓷嘴之孔徑未恰當(dāng)匹配，會(huì)造成植球后線頸部損傷或缺陷，并對(duì)該處接強(qiáng)度造成惡劣影響，在冷熱沖擊的測(cè)試或使用環(huán)境下，導(dǎo)致B點(diǎn)疲勞失效，并最終導(dǎo)致電氣連接回路出現(xiàn)虛接觸甚至開路，造成燈珠閃爍或死燈不良。

　　某封裝廠生產(chǎn)的LED燈珠在老化階段出現(xiàn)大量的死燈現(xiàn)象，委托金鑒檢測(cè)進(jìn)行分析。不良樣品開封后發(fā)現(xiàn)均為B點(diǎn)斷開，對(duì)同批次的良品燈珠開封后也發(fā)現(xiàn)引線在線頸部普遍存在缺陷，表現(xiàn)為線頸部形貌異?；驌p傷，后對(duì)所使用瓷嘴送測(cè)，發(fā)現(xiàn)確實(shí)是由于瓷嘴選用不當(dāng)導(dǎo)致焊線后縮徑現(xiàn)象嚴(yán)重，金鑒檢測(cè)在測(cè)試后給出合理的評(píng)估和建議，幫助客戶解決了問題。

　　三：瓷嘴對(duì)切線形成魚尾的質(zhì)量的影響

　　瓷嘴選擇是否合適還對(duì)切線形成魚尾的質(zhì)量也有著至關(guān)重要的影響。某封裝廠LED產(chǎn)品老化后出現(xiàn)大量死燈現(xiàn)象，委托金鑒進(jìn)行分析。我們將樣品開封后對(duì)二焊點(diǎn)觀察，發(fā)現(xiàn)二焊點(diǎn)存在引線連接隱患：魚尾壓合面積小，D點(diǎn)有裂紋。對(duì)焊點(diǎn)側(cè)面觀察，發(fā)現(xiàn)魚尾契面陡峭，長(zhǎng)度短小。綜合判定，我們認(rèn)為出現(xiàn)這種現(xiàn)象極有可能為所使用瓷嘴規(guī)格不恰當(dāng)(如瓷嘴outside radius過大)或瓷嘴壽命管控不當(dāng)?shù)仍蛟斐啥更c(diǎn)切線后魚尾契面角度大，過渡不平滑，并導(dǎo)致魚尾壓合面積小，D點(diǎn)連接強(qiáng)度低。因此，我們建議客戶對(duì)所使用瓷嘴作進(jìn)一步檢測(cè)和評(píng)估。

　　四：瓷嘴對(duì)金線的影響

　　金鑒檢測(cè)通過大量的失效案例發(fā)現(xiàn)，瓷嘴磨損嚴(yán)重后，內(nèi)倒角結(jié)構(gòu)被破壞，還會(huì)造成金線表面機(jī)械刮傷，嚴(yán)重時(shí)將對(duì)連接強(qiáng)度造成威脅。并且，瓷嘴磨損嚴(yán)重后還會(huì)對(duì)線弧成型造成影響。

　　五：瓷嘴對(duì)焊點(diǎn)的影響

　　引線鍵合主要起到電氣連接的作用，而引線中的一、二焊點(diǎn)是引線連接中經(jīng)常出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，因此，其連接強(qiáng)度必須保證。瓷嘴選擇是否合適、壽命管控是否恰當(dāng)對(duì)于焊點(diǎn)焊接質(zhì)量的好壞有著重要的影響，如圖所示，某封裝廠經(jīng)過金鑒檢測(cè)的瓷嘴項(xiàng)目檢測(cè)后，選擇合適的瓷嘴匹配恰當(dāng)?shù)膮?shù)焊接出的一、二焊點(diǎn)球形形貌漂亮、魚尾契面過渡光滑，無制程引入缺陷，因此，引線連接可靠性較高。