半导体引线键合熔断电流全解析：推拉力测试机如何提升器件可靠性？

一、什么是引线熔断？

引线熔断是指半导体器件中互连引线在过大电流作用下发生过热、熔化甚至断开的现象。这一现象与引线的冶金性能、长度、环境气氛有关，还与键合类型（球形或楔形键合）、封装形式（空腔或塑料包封）以及散热条件有关。一般来说，引线越长，产生的电阻热就会越多，向外传导的热量就越少，熔断电流就越低。

二、不同材料的熔断特性

1. 铝丝（Al）

铝丝在氧气或空气中快速熔断时，两端会形成熔球；若缓慢加热，则会生成氧化铝护套，这种护套能保护液态金属并改变热传递，使铝丝在超过熔点时仍能维持导通，导致熔断电流异常升高。

2. 金丝（Au）

金丝不会氧化，几乎在熔点处直接熔断，并在断点两端形成规整的熔球。由于金具有较高的熔点和较低的电阻率，其熔断电流通常高于铝丝。例如，线径25μm的裸金丝在长度1mm时熔断电流约1.8A，长度≥5mm时降至约0.6A。

三、键合质量的影响

球形键合金丝比楔形-楔形键合具有更高的熔断电流。因为楔形键合的颈部会限制引线和热量流动，而大的楔形反而可作为散热源。实际测试表明，线径25μm的楔形-楔形键合金丝在直流0.6A时熔断，而相似的球形-楔形键合金丝可承受1A。不良焊接界面、变形量不一致等工艺缺陷也会显著降低短引线的熔断能力。

四、封装形式的影响

95%以上的集成电路采用塑料包封，包封材料的热导率高于空气，因此塑封引线可比裸引线承载更大电流。但当电流过高时，热量会使包封材料发生玻璃化、熔化、碳化，甚至形成空气间隙，导致引线快速熔断。实验发现，25μm金丝在塑料包封下的熔断电流可达1.1A，约为空气中预测值的2倍。

塑料包封的25um线径Au丝熔断后的SEM照片

五、引线熔断解决方案

因为引线熔断电流确定起来较为复杂，所以很多设计人员会按照2~3倍安全系数增加线径或使用多根引线，这样做虽然避免了大部分熔断问题，但一旦出现短路或瞬态过流，器件仍可能损坏。要真正解决引线熔断问题，必须从源头控制键合工艺的稳定性和一致性，往往需要借助专业的推拉力测试设备，来精准完成包括引线键合拉力、球剪切力、楔形键合点推力等测试，来确定不同长度、不同材料引线的真实熔断电流阈值，优化键合工艺参数，提高散热一致性等。

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审核编辑 黄宇