一、什么是引線熔斷？

引線熔斷是指半導(dǎo)體器件中互連引線在過大電流作用下發(fā)生過熱、熔化甚至斷開的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象與引線的冶金性能、長度、環(huán)境氣氛有關(guān)，還與鍵合類型（球形或楔形鍵合）、封裝形式（空腔或塑料包封）以及散熱條件有關(guān)。一般來說，引線越長，產(chǎn)生的電阻熱就會越多，向外傳導(dǎo)的熱量就越少，熔斷電流就越低。

二、不同材料的熔斷特性

1. 鋁絲（Al）

鋁絲在氧氣或空氣中快速熔斷時，兩端會形成熔球；若緩慢加熱，則會生成氧化鋁護(hù)套，這種護(hù)套能保護(hù)液態(tài)金屬并改變熱傳遞，使鋁絲在超過熔點(diǎn)時仍能維持導(dǎo)通，導(dǎo)致熔斷電流異常升高。

2. 金絲（Au）

金絲不會氧化，幾乎在熔點(diǎn)處直接熔斷，并在斷點(diǎn)兩端形成規(guī)整的熔球。由于金具有較高的熔點(diǎn)和較低的電阻率，其熔斷電流通常高于鋁絲。例如，線徑25μm的裸金絲在長度1mm時熔斷電流約1.8A，長度≥5mm時降至約0.6A。

三、鍵合質(zhì)量的影響

球形鍵合金絲比楔形-楔形鍵合具有更高的熔斷電流。因為楔形鍵合的頸部會限制引線和熱量流動，而大的楔形反而可作為散熱源。實際測試表明，線徑25μm的楔形-楔形鍵合金絲在直流0.6A時熔斷，而相似的球形-楔形鍵合金絲可承受1A。不良焊接界面、變形量不一致等工藝缺陷也會顯著降低短引線的熔斷能力。

四、封裝形式的影響

95%以上的集成電路采用塑料包封，包封材料的熱導(dǎo)率高于空氣，因此塑封引線可比裸引線承載更大電流。但當(dāng)電流過高時，熱量會使包封材料發(fā)生玻璃化、熔化、碳化，甚至形成空氣間隙，導(dǎo)致引線快速熔斷。實驗發(fā)現(xiàn)，25μm金絲在塑料包封下的熔斷電流可達(dá)1.1A，約為空氣中預(yù)測值的2倍。

塑料包封的25um線徑Au絲熔斷后的SEM照片

五、引線熔斷解決方案

因為引線熔斷電流確定起來較為復(fù)雜，所以很多設(shè)計人員會按照2~3倍安全系數(shù)增加線徑或使用多根引線，這樣做雖然避免了大部分熔斷問題，但一旦出現(xiàn)短路或瞬態(tài)過流，器件仍可能損壞。要真正解決引線熔斷問題，必須從源頭控制鍵合工藝的穩(wěn)定性和一致性，往往需要借助專業(yè)的推拉力測試設(shè)備，來精準(zhǔn)完成包括引線鍵合拉力、球剪切力、楔形鍵合點(diǎn)推力等測試，來確定不同長度、不同材料引線的真實熔斷電流閾值，優(yōu)化鍵合工藝參數(shù)，提高散熱一致性等。

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審核編輯 黃宇