引線鍵合是在半導體器件制造過程中在集成電路(IC)或其他半導體器件與其封裝之間進行互連的方法。雖然不太常見，但引線鍵合可用于將IC連接到其他電子設備或從一個印刷電路板(PCB)連接到另一個。引線鍵合通常被認為是xxx成本效益和靈活性的互連技術，用于組裝絕大多數半導體封裝。引線鍵合可用于100GHz以上的頻率。

鍵合線通常由以下材料之一組成：

• 鋁
• 銅
• 銀
• 金子

線徑從15μm開始，最高可達數百微米，適用于高功率應用。

引線鍵合行業正在從金過渡到銅。這種變化是由金價上漲和銅價相對穩定且低得多的原因引起的。雖然具有比金更高的導熱性和導電性，但由于其硬度和腐蝕敏感性，銅以前被認為不太可靠。到2015年，預計將有超過三分之一的在用引線鍵合機用于銅。

銅線已成為許多半導體和微電子應用中引線鍵合互連的首選材料之一。銅用于尺寸從10微米（0.00039英寸）到500微米（0.02英寸）的細線球鍵合。銅線能夠以更小的直徑使用，提供與金相同的性能，而無需高昂的材料成本。

可以成功地楔形接合長達500微米（0.02英寸）的銅線。在需要高載流能力或存在復雜幾何形狀問題的情況下，大直徑銅線可以并且確實可以替代鋁線。制造商使用的退火和工藝步驟增強了使用大直徑銅線楔形鍵合到硅的能力，而不會損壞管芯。

銅線確實帶來了一些挑戰，因為它比金和鋁都硬，因此必須嚴格控制鍵合參數。氧化物的形成是這種材料固有的，因此儲存和保質期是必須考慮的問題。需要特殊包裝以保護銅線并延長保質期。鈀涂層銅線是一種常見的替代品，它已顯示出顯著的耐腐蝕性，盡管硬度高于純銅且價格更高，但仍低于金。在引線鍵合的制造過程中，銅線及其電鍍品種必須在合成氣體[95%的氮氣和5%的氫氣]或類似的缺氧氣體存在下進行加工，以防止腐蝕。應對銅的相對硬度的一種方法是使用高純度[5N+]品種。

紅色、綠色、藍色表面貼裝LED封裝，帶有金線鍵合細節。

摻入可控數量的鈹和其他元素的純金線通常用于球焊。該過程將要使用熱、壓力和超聲波能量粘合的兩種材料結合在一起，稱為熱超聲粘合。熱超聲焊接中最常見的方法是球焊到芯片上，然后針腳焊接到基板上。加工過程中非常嚴格的控制增強了循環特性并消除了下垂。

結尺寸、鍵合強度和導電性要求通常決定了最適合特定引線鍵合應用的引線尺寸。典型的制造商制造直徑為8微米（0.00031英寸）及更大的金線。金線直徑的生產公差為+/-3%。

除了在大電流設備中，合金鋁線通常比純鋁線更受歡迎，因為在成品設備中更容易拉伸至精細尺寸和更高的拉力測試強度。純鋁和0.5%的鎂鋁最常用于大于100微米（0.0039英寸）的尺寸。

半導體制造中的全鋁系統消除了有時與純金鍵合線相關的“紫色瘟疫”（脆性金鋁金屬間化合物）。鋁特別適用于熱超聲鍵合。

為了確保在高生產速度下獲得高質量的粘合，在1%硅鋁線的制造中使用了特殊控制。這種類型的高級鍵合線最重要的特性之一是合金系統的均勻性。在制造過程中要特別注意均勻性。定期對成品批次的1%硅鋁線的合金結構進行顯微鏡檢查。加工也是在能夠產生最終表面清潔度和光滑飾面的條件下進行的，并且可以完全無障礙地解卷。

• 球鍵合
• 楔形鍵合
• 合規粘接

球焊通常僅限于金線和銅線，并且通常需要加熱。對于楔形鍵合，只有金線需要加熱。楔形鍵合可以使用大直徑導線或線帶用于電力電子應用。球焊僅限于小直徑導線，適用于互連應用。

在任一類型的引線鍵合中，使用向下壓力、超聲波能量和在某些情況下加熱的組合在兩端連接引線以進行焊接。熱量用于使金屬變軟。使用溫度和超聲波能量的正確組合，以xxx限度地提高引線鍵合的可靠性和強度。如果使用熱量和超聲波能量，則該過程稱為熱超聲鍵合。

在楔形鍵合中，導線必須根據xxx次鍵合沿直線繪制。由于工具對齊需要時間，這會減慢過程。然而，球形鍵合會以球形形式創建其xxx個鍵合，導線從頂部伸出，沒有方向偏好。因此，可以向任何方向拉動線材，使其過程更快。

柔性焊接通過柔性或可壓痕鋁帶傳遞熱量和壓力，因此適用于焊接金線和已電鑄到硅集成電路（稱為梁式引線集成電路）的梁引線。

在引線鍵合制造和可靠性方面存在多種挑戰。這些挑戰往往是幾個參數的函數，例如材料系統、粘合參數和使用環境。不同的引線鍵合焊盤金屬系統，例如鋁-鋁(Al-Al)、金-鋁(Au-Al)和銅-鋁(Cu-Al)需要不同的制造參數，并且在相同的使用環境下表現不同。

已經做了很多工作來表征各種金屬系統，審查關鍵制造參數，并確定引線鍵合中出現的典型可靠性問題。在材料選擇方面，應用和使用環境將決定金屬系統。在做出決定時，通常會考慮電氣特性、機械特性和成本。例如，用于空間應用的大電流設備可能需要在密封陶瓷封裝中使用大直徑鋁線鍵合。如果成本是一個很大的限制，那么避免金線鍵合可能是必要的。最近已經做了一些工作來研究汽車應用中的銅線接合。這只是一個小樣本，因為有大量的工作來審查和測試哪些材料系統在不同的應用中效果xxx。

從制造的角度來看，鍵合參數對鍵合形成和鍵合質量起著至關重要的作用。鍵合力、超聲波能量、溫度和環路幾何形狀等參數會對鍵合質量產生重大影響。有多種引線鍵合技術（熱超聲鍵合、超聲波鍵合、熱壓鍵合）和引線鍵合類型（球焊、楔形鍵合）會影響制造缺陷的敏感性和可靠性問題。某些材料和線徑對于細間距或復雜布局更實用。焊盤也起著重要的作用，因為金屬化和阻擋層堆疊會影響鍵合的形成。

由不良接合質量和制造缺陷導致的典型失效模式包括：球接合頸部斷裂、跟部開裂（楔形接合）、焊盤剝離、焊盤剝離、過度壓縮和不正確的金屬間化合物形成。引線鍵合拉力/剪切測試、無損測試和破壞性物理分析(DPA)的組合可用于篩選制造和質量問題。

雖然引線鍵合制造往往側重于鍵合質量，但它通常不考慮與引線鍵合可靠性相關的磨損機制。在這種情況下，了解應用和使用環境有助于防止出現可靠性問題。導致引線鍵合故障的常見環境示例包括高溫、濕度和溫度循環。

在升高的溫度下，過度的金屬間化合物(IMC)生長會產生脆性斷裂點。已經做了很多工作來表征各種金屬系統的金屬間化合物的形成和老化。這在金屬系統中不是問題，其中引線鍵合和鍵合焊盤是相同的材料，例如Al-Al。這確實成為不同金屬系統中的一個問題。最著名的例子之一是在金鋁IMC中形成的脆性金屬間化合物，例如紫斑病。此外，與擴散相關的問題，例如Kirkendall空洞和Horsting空洞，也可能導致引線鍵合失敗。

在升高的溫度和濕度環境下，腐蝕可能是一個問題。這在Au-Al金屬系統中最為常見，并且是由電偶腐蝕驅動的。氯等鹵化物的存在會加速這種行為。這種Au-Al腐蝕通常以Peck溫度和濕度定律為特征。這在其他金屬系統中并不常見。

在溫度循環下，由于環氧樹脂模塑料(EMC)、引線框架、管芯、管芯粘合劑和引線鍵合之間的熱膨脹系數(CTE)不匹配，在線鍵合中會產生熱機械應力。由于引線鍵合中的剪切或拉伸應力，這會導致低周疲勞。已使用各種疲勞模型來預測這種條件下焊線的疲勞壽命。

正確理解使用環境和金屬系統通常是提高引線鍵合可靠性的最重要因素。