LED瓷嘴甄选和寿限评估

大量失效分析案例证明，LED封装器件的死灯失效绝大多数来自于引线连接的电气回路断开所造成，这与不良的引线键合或由于引线键合引入的隐患有着莫大的关系。诚然，在焊线工艺里，质量上乘的相关材料、性能稳定的设备、合理的程序参数以及技术员熟练的操作，是保证生产出高品质的焊线半成品的主要因素，但同时，我们不得不关注另外一个对引线键合品质有着重要影响的角色：瓷嘴。瓷嘴虽小，可谓五脏俱全，它有着非常精细的结构，各个结构又有着严密的参数，它与程序参数一起对于植球、切线后的形貌、焊接质量起着决定性的作用。目前，市场上可选用的瓷嘴品类繁多，质量层次不齐，并有不同的规格可供不同的应用场合的需求。因此，对于封装厂家来说，如何选用一款规格合适的瓷嘴，对于提高焊线质量和提高灯珠整体可靠性有着非常重要的作用。另外瓷嘴长期使用后会有磨损，若继续使用，必将带来连接强度下降、线弧刮伤等方面的隐患，因此，封装厂必须结合实际情况对瓷嘴寿命做科学的评估，制定合理的瓷嘴寿限。

金鉴检测作为国内唯一一家专注于LED材料分析的实验室，采用高端微区分析设备和手段，可对瓷嘴微观结构进行观察和测量，结合该瓷嘴焊线后半成品引线键合质量的分析和评价，可以对瓷嘴选用是否合适、瓷嘴寿限评估等项目给出极具价值的参考意见，帮助客户提升引线键合质量，生产出高可靠性、高品质的LED产品。

LED焊线瓷嘴嘴尖结构及参数

在目前的LED封装焊线工艺中，主流的焊线技术采用的是热压超声键合技术。所谓热压超声键合，是指将引线末端采用电子打火棒打火烧结成金属球，再利用瓷嘴经由超声波振荡能量在一定的焊接压力下，让焊球与焊垫产生相对的摩擦运动，并借由快速摩擦产生的能量使焊球发生塑性变形，并与焊垫达到离子程度的熔接。由于瓷嘴对于焊接过程中植球和切线的塑型、线弧成形以及键合强度起着至关重要的作用，因此其选用是否合适及使用寿命管控是否恰当，将对LED封装成品质量和可靠性起着决定性的影响。

例如，CD（倒角直径）、ICA（内倒角角度）对植球后塑型有重要影响。

CD、ICA对植球后塑型的影响

又例如，OR（外弧半径）、FA（面角）大小对切线后鱼尾长度、契面是否平缓均有影响。

OR、FA大小对切线后鱼尾的影响

服务客户：封装厂，设备厂

金鉴检测项目：
检测项目一：瓷嘴甄选

新品或新工艺导入时，焊线工艺中要选用一款合符规格的新瓷嘴来匹配键合丝，这对于焊接出质量上乘的焊线半成品至关重要。传统的做法是根据经验值或进行打样验证来甄选（一般选择标准H=1.2~1.5WD）。但是，诚如上述，实际上瓷嘴头部有着极其复杂精密的参数和结构，他们都对于植球和切线的塑型、成形以及键合强度起着决定性的影响，这种传统的甄选方法，不仅太过粗糙，而且对焊接出的半成品无法评估，更无法保证其质量，若选择不合适，轻则造成焊接设备断线频繁，降低效率，耽误工时；重则引入连接隐患，引线连接强度低，成品测试或使用时，冷热冲击后出现死灯等异常，造成严重损失。金鉴检测采用微区分析设备和手段，可对瓷嘴精细参数和结构（瓷嘴的参数检测包括：L、 H 、CD、IC、ICA、T、OR、FA、IBT、OT ），以及焊接半成品进行微观观察和分析，并对焊接质量作出综合评估，协助客户选择参数合适的瓷嘴以焊接出高质量的焊线半成品。

检测项目二：瓷嘴磨损分析及寿命制定

瓷嘴长期使用后会有磨损，嘴尖结构也随之被破坏，若继续使用，焊接出的引线必将带来连接强度下降、线弧刮伤等方面的风险和隐患，因此，必须结合实际情况制定严格的使用寿限，寿命点数到后，应该及时更换新的瓷嘴。在LED封装厂，对于寿命的管控亦大多采用经验值，或采用实验验证结合推拉力测试数据统计出结果，然后在机台上设置寿命点数，瓷嘴到寿限后，机台自动报警提示更换。但是，由于所使用材料材质存在差异，以这种经验值或统计结果制定的瓷嘴寿命非常不精确，寿命制定过长，磨损严重后将带来焊接隐患，寿命制定过短，又造成极大的成本浪费。金鉴检测采用微区分析设备和手段，可对瓷嘴磨损情况、焊接半成品等进行观察和分析，协助客户制定准确合适的瓷嘴使用寿限。

案例分析：

一.瓷嘴甄选

LED焊线瓷嘴形貌图及元素

市场上有品类繁多的瓷嘴型号可供选择，其品质好坏（如耐磨损性能等）将对引线焊接工艺产生直接影响。金鉴检测可以对瓷嘴工作面区域检测和分析，还可以对瓷嘴焊接一定点数后工作面区域磨损情况进行观察和评估，为客户甄选一款适合的瓷嘴给出合理的参考意见。如上图所示，某客户通过检测后的综合对比选用的某款型号的瓷嘴，其采用Al2O3 （红宝石）材质，工作面进行粗化处理，有利于改善焊点键合强度。

二.瓷嘴对植球的影响

线颈部位形貌缺陷效果图

瓷嘴选择是否合适，对于植球后球形貌、键合质量等有着重要影响。金线之线径与瓷嘴之孔径未恰当匹配，会造成植球后线颈部损伤或缺陷，并对该处接强度造成恶劣影响，在冷热冲击的测试或使用环境下，导致B点疲劳失效，并最终导致电气连接回路出现虚接触甚至开路，造成灯珠闪烁或死灯不良。

某封装厂生产的LED灯珠在老化阶段出现大量的死灯现象，委托金鉴检测进行分析。不良样品开封后发现均为B点断开，对同批次的良品灯珠开封后也发现引线在线颈部普遍存在缺陷，表现为线颈部形貌异常或损伤，后对所使用瓷嘴送测，发现确实是由于瓷嘴选用不当导致焊线后缩径现象严重，金鉴检测在测试后给出合理的评估和建议，帮助客户解决了问题。

三.瓷嘴对切线形成鱼尾的质量的影响

LED焊线瓷嘴对切线形成鱼尾的影响

瓷嘴选择是否合适还对切线形成鱼尾的质量也有着至关重要的影响。某封装厂LED产品老化后出现大量死灯现象，委托金鉴进行分析。我们将样品开封后对二焊点观察，发现二焊点存在引线连接隐患：鱼尾压合面积小，D点有裂纹。对焊点侧面观察，发现鱼尾契面陡峭，长度短小。综合判定，我们认为出现这种现象极有可能为所使用瓷嘴规格不恰当（如瓷嘴outside radius过大）或瓷嘴寿命管控不当等原因造成二焊点切线后鱼尾契面角度大，过渡不平滑，并导致鱼尾压合面积小，D点连接强度低。因此，我们建议客户对所使用瓷嘴作进一步检测和评估。

四.瓷嘴对金线的影响

LED焊线瓷嘴造成的表面机械刮伤

金鉴检测通过大量的失效案例发现，瓷嘴磨损严重后，内倒角结构被破坏，还会造成金线表面机械刮伤，严重时将对引线连接可靠性造成威胁：金线被刮伤后，引线损伤部位截面积变小、电流密度加大，使损伤部位易被烧毁熔断；同时，金线被刮伤后，还会造成损伤处抗机械应力的能力降低，极易造成引线损伤处断裂失效。另外，瓷嘴磨损严重后也会对线弧成型造成影响。

五.瓷嘴对焊点的影响

优质的焊点形貌

引线键合主要起到电气连接的作用，而引线中的一、二焊点是引线连接中经常出现问题的环节，因此，其连接强度必须保证。瓷嘴选择是否合适、寿命管控是否恰当对于焊点焊接质量的好坏有着重要的影响，如图所示，某封装厂经过金鉴检测的瓷嘴项目检测后，选择合适的瓷嘴匹配恰当的参数焊接出的一、二焊点球形形貌漂亮、鱼尾契面过渡光滑，无制程引入缺陷，因此，引线连接可靠性较高。

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