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目前，行業(yè)內已針對溫度循環(huán)和功率循環(huán)導致的引線鍵合可靠性問題開展了大量探討，后續(xù)還將對金屬疲勞進行明確定義，并列出部分典型的應力-失效循環(huán)次數(shù)（S-N）失效曲線，但暫未提供應力與失效循環(huán)次數(shù)相關的冶金學數(shù)據(jù)。已有多位研究者針對金絲和鋁絲的疲勞問題開展研究，部分研究成果中已給出相關的S-N曲線。下文將詳細展示金絲和鋁絲合金的疲勞相關信息，同時也會對銅合金絲的S-N實驗過程進行描述。

當一種金屬（此處特指鍵合引線）承受反復應力作用時，例如反復向前、向后彎曲，即便該應力遠低于通過單次彎曲或拉伸使引線斷裂所需的應力，引線最終仍可能發(fā)生失效，這種現(xiàn)象即為疲勞。材料疲勞相關數(shù)據(jù)通常以應力與斷裂循環(huán)次數(shù)（S-N）的關系形式呈現(xiàn)，多數(shù)鍵合引線的疲勞數(shù)據(jù)，是通過在恒定操作溫度（通常為室溫）下，對短引線進行機械彎曲的加速試驗獲得的。然而，實際應用場景中引線的失效情況往往更為復雜，不僅存在功率（開/關）循環(huán)，還包含不同加熱時段、不同保溫時間以及不同降溫速率的溫度循環(huán)等多種情況。在真實器件運行過程中，這類熱循環(huán)會導致引線發(fā)生彎曲變形，進而造成產(chǎn)品損傷；此外，引線在連續(xù)高溫環(huán)境下工作時，還可能因局部退火而出現(xiàn)性能損傷。

目前已公開發(fā)表的鍵合引線實際疲勞數(shù)據(jù)相對匱乏，其中多數(shù)數(shù)據(jù)是通過其他相關數(shù)據(jù)計算推導得出，或以不同的呈現(xiàn)形式展示，部分數(shù)據(jù)采用變形量、縱向應變、應力等不同變量表示，且提供的信息不夠充分，無法進行單位轉換，也難以對不同來源的數(shù)據(jù)進行直接對比。當前可獲取的疲勞數(shù)據(jù)，僅能假設其對研究中所使用的特定引線冶金學性能是準確的，而這些特定引線的冶金學參數(shù)通常未明確說明，且多受專利保護，典型的研究多為對不同類型引線（如引線A、B、C）的疲勞性能進行對比分析。通常情況下，在疲勞數(shù)據(jù)發(fā)布后，引線的制造工藝（包括摻雜和退火處理）可能已發(fā)生改變，但這些通用數(shù)據(jù)仍可用于對基于疲勞特性的引線鍵合壽命進行大致估算。例如，圖1至圖3所示的三條S-N曲線，可作為裸線疲勞特性認知和壽命估算的參考依據(jù)。此外，有研究者通過鍛造金絲的S-N曲線，開展了包封后金絲的疲勞問題研究，感興趣的讀者可查閱相關研究論文獲取具體數(shù)據(jù)。

相關研究中，給出了金帶（薄帶線，未明確純度數(shù)據(jù)，但行業(yè)內通常為99.99%）的機械彎曲（Mechanical Flexing，MF）和熱循環(huán)（Thermal-Cycling，T-Cy）S-N壽命的直接對比結果。研究發(fā)現(xiàn)，在相同應變條件下，熱循環(huán)（T-Cy）對應的失效循環(huán)次數(shù)比室溫下的機械彎曲（MF）高出約60%，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

美國康奈爾大學的一個研究團隊，開展了最為全面的引線疲勞綜合研究，搭建了專用試驗設備，可在不同溫度（20℃、75℃和125℃）以及三種不同應變振幅下，研究引線的失效循環(huán)次數(shù)。該設備可用于線徑25μm的鋁絲和金絲的疲勞測試，其中針對含1%硅的標準鋁絲的研究結果，至今仍被廣泛沿用；而針對金絲的研究結果，目前仍具有參考價值。該研究報告中未詳細說明所測試的兩種金絲的具體類型，因此其研究結果可能與當前最新的引線應用場景存在明顯差異。試驗中施加的應變振幅分別為0.7%、5%和10%，通常而言，微電子系統(tǒng)中期望應變振幅處于較低水平且具有可重復性，基于這一要求，0.7%應變振幅下的試驗結果顯示，引線失效循環(huán)次數(shù)范圍為1000~10000次，且在較低溫度環(huán)境下，引線具有更長的疲勞壽命。在測試的金絲樣品中，其中一種金絲的失效循環(huán)次數(shù)高于鋁絲，另一種則低于鋁絲，這些數(shù)據(jù)較為復雜，無法在1-2張圖表中合并呈現(xiàn)，感興趣的讀者可查閱原始研究資料獲取詳細數(shù)據(jù)。

當處于高溫環(huán)境中時，含1%硅的鋁絲內部會形成較大的硅團聚體，進而發(fā)展成脆弱的竹節(jié)結構，這些硅團聚體可作為應力集中源，容易引發(fā)裂紋，從而縮短引線的疲勞壽命。因此，這類摻雜硅的鋁絲，其熱循環(huán)（T-Cy）疲勞壽命，相較于未長時間處于高溫環(huán)境下的鋁絲預期壽命更短。對于實際器件中使用的金絲，其準確疲勞壽命難以進行精準估算。有研究者開展了多種特定鋁合金絲的疲勞壽命研究，相關數(shù)據(jù)如圖3所示，研究表明，含1%鎂的鋁絲具有優(yōu)異的機械彎曲（CF）疲勞壽命（未測試其溫度循環(huán)疲勞壽命），同時還將試驗中的偏移量與某一器件工作過程中鋁絲的實際測量值進行了對比。自該研究開展以來，鋁合金絲的性能變化較為微小，因此該對比結果至今仍然有效，但應與上述康奈爾大學使用更精密設備獲得的研究結果進行對比分析。

綜合考慮上述所有討論內容的不確定性，無論是空腔封裝還是塑料封裝，引線在熱循環(huán)過程中確實會發(fā)生疲勞失效，因此在設計需要承受明顯溫度波動的互連系統(tǒng)時，必須充分考慮引線疲勞這一問題，設計人員往往只能在有限數(shù)據(jù)的基礎上，對引線的疲勞壽命進行預測。顯然，目前仍需要開展更多研究工作，通過使用相似的精密試驗設備，更好地表征鍵合引線相關的力學性能。在空腔封裝中，解決引線疲勞問題的實際方案是提高鍵合引線弧高與長度的比值，這一措施可在給定溫度變化（ΔT）條件下，將引線的彎曲量降至最低。該解決方案同時適用于金絲和鋁絲。

已有研究表明，濕度等其他環(huán)境因素會降低鋁絲的疲勞壽命。然而，由于多數(shù)芯片和引線采用塑料包封，芯片與封裝體之間的應變可能會發(fā)生變化，因此必須對其應變進行估算。目前，獲取真實疲勞壽命的唯一實用方法是通過溫度循環(huán)試驗，這一方法已成為所有封裝研發(fā)過程中的標準流程。