江蘇
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(guò)大電流作用下發(fā)生過(guò)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(zhǎng)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(lái)說(shuō)，引線越長(zhǎng)，產(chǎn)生的電阻熱就會(huì)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(shí)，兩端會(huì)形成熔球；若緩慢加熱，則會(huì)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(guò)熔點(diǎn)時(shí)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(huì)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(zhǎng)度1mm時(shí)熔斷電流約1.8A，長(zhǎng)度≥5mm時(shí)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?yàn)樾ㄐ捂I合的頸部會(huì)限制引線和熱量流動(dòng)，而大的楔形反而可作為散熱源。實(shí)際測(cè)試表明，線徑25μm的楔形-楔形鍵合金絲在直流0.6A時(shí)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(huì)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(guò)高時(shí)，熱量會(huì)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(shí)驗(yàn)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(cè)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?yàn)橐€熔斷電流確定起來(lái)較為復(fù)雜，所以很多設(shè)計(jì)人員會(huì)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(wèn)題，但一旦出現(xiàn)短路或瞬態(tài)過(guò)流，器件仍可能損壞。要真正解決引線熔斷問(wèn)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(cè)試設(shè)備，來(lái)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(cè)試，來(lái)確定不同長(zhǎng)度、不同材料引線的真實(shí)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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