Solder Ball trong Đóng Gói Bán Dẫn (Semiconductor Packaging)

1. Solder Ball là gì?

Solder ball là các hạt thiếc hình cầu, có kích thước rất nhỏ (từ vài chục đến vài trăm micromet), được sử dụng để tạo kết nối điện và cơ học giữa chip bán dẫn (die/package) và bảng mạch in (PCB) trong công nghệ đóng gói hiện đại.

Trong ngành semiconductor packaging, solder ball đóng vai trò là điểm tiếp xúc (interconnect) giúp:

• Truyền tín hiệu điện
• Dẫn nhiệt
• Cố định cơ học giữa package và PCB

Solder ball thường được sử dụng trong các công nghệ như BGA, CSP, WLCSP và Flip Chip.

2. Vai trò của Solder Ball trong Packaging

Solder ball không chỉ là vật liệu hàn thông thường mà là thành phần then chốt quyết định độ tin cậy (reliability) của linh kiện bán dẫn.

Cụ thể, solder ball giúp:

• Tạo kết nối điện ổn định
• Giảm ứng suất cơ học do chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt (CTE)
• Duy trì độ bền kết nối trong điều kiện nhiệt độ và môi trường khắc nghiệt

Chất lượng solder ball ảnh hưởng trực tiếp đến yield, tuổi thọ và hiệu suất sản phẩm.

3. Ứng dụng phổ biến của Solder Ball

3.1. BGA (Ball Grid Array)

Solder ball được sắp xếp theo ma trận dưới đáy package, cho phép:

• Mật độ chân kết nối cao
• Khả năng tản nhiệt tốt
• Dễ dàng lắp ráp trên PCB

3.2. CSP / WLCSP

Trong Chip Scale Package (CSP) và Wafer Level CSP, solder ball có kích thước rất nhỏ, yêu cầu:

• Độ đồng đều cao
• Kiểm soát kích thước nghiêm ngặt
• Bề mặt sạch, ít oxi hóa

3.3. Flip Chip

Solder ball (hoặc solder bump) được gắn trực tiếp lên die, giúp:

• Rút ngắn đường truyền tín hiệu
• Giảm điện trở và độ trễ
• Phù hợp cho các ứng dụng hiệu năng cao

 

4. Vật liệu Solder Ball phổ biến

Hiện nay, solder ball không chì (lead-free) là tiêu chuẩn trong ngành điện tử.

Các hợp kim phổ biến bao gồm:

• Sn-Ag-Cu – thông dụng nhất
• Sn-Ag – độ dẫn điện tốt
• Sn-Cu – chi phí thấp

Việc lựa chọn hợp kim phụ thuộc vào:

• Nhiệt độ reflow
• Yêu cầu độ bền cơ học
• Độ tin cậy dài hạn của sản phẩm

5. Sơ đồ quy trình gắn Solder Ball trong Packaging

Quy trình gắn solder ball (ball attach) trong đóng gói bán dẫn thường bao gồm các bước chính sau:

Quy trình tiêu biểu:

1. Flux coating: Phủ flux lên pad
2. Ball placement: Đặt solder ball lên pad
3. Reflow: Gia nhiệt để solder ball nóng chảy và tạo liên kết
4. Cleaning: Làm sạch flux dư
5. Inspection: Kiểm tra kích thước, vị trí và khuyết tật

6. Các yêu cầu kỹ thuật đối với Solder Ball

Để đảm bảo chất lượng đóng gói, solder ball cần đáp ứng:

• Độ tròn (sphericity) cao
• Kích thước đồng đều
• Bề mặt sạch, ít oxi hóa
• Khả năng wetting tốt khi reflow
• Ít khuyết tật nội tại (void, inclusion)

Solder ball cũng cần tương thích tốt với các lớp bề mặt pad như ENIG, ENEPIG, OSP.

7. Các lỗi thường gặp liên quan đến Solder Ball

Một số lỗi phổ biến trong quá trình đóng gói:

• Non-wetting / Poor wetting
• Void trong solder joint
• Ball missing / Ball shift
• Crack sau thermal cycling
• Head-in-Pillow (HiP)

Những lỗi này thường liên quan đến:

• Điều kiện reflow không phù hợp
• Bề mặt pad bị nhiễm bẩn
• Chất lượng solder ball hoặc flux

8. Xu hướng phát triển của Solder Ball

Cùng với sự phát triển của ngành bán dẫn, solder ball đang hướng tới:

• Kích thước nhỏ hơn (fine pitch, ultra-fine pitch)
• Hợp kim reflow nhiệt độ thấp
• Độ tin cậy cao cho automotive, AI và thiết bị công suất cao

9. Kết luận

Solder ball là thành phần cốt lõi trong đóng gói bán dẫn hiện đại. Việc kiểm soát chặt chẽ vật liệu, quy trình và điều kiện hàn sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu yield và đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

Achilles là nhà phân phối các sản phẩm về wire bond và solder ball trong ứng dụng bán dẫn (Semiconductor) của MK Electron. Để biết thêm thông tin về sản phẩm cũng như phù hợp với ứng dụng của bạn, liên hệ với chúng tôi theo Hotline: 090 194 3684 hoặc mail: info@achilles.com.vn để được tư vấn và giải pháp cho ứng dụng của bạn.

——————————————————————————————————————————————————–

CÔNG TY TNHH ACHILLES (ACHILLES COMPANY LIMITED) 

Văn phòng giao dịch: Tầng 5, Toà Machinco 1, Số 10 Trần Phú, Phường Mộ Lao, Quận Hà Đông, TP Hà Nội, Việt Nam

***Hotline: 090 194 3684/ Ms. Đức – 0984 694 884/ Mr. Phong – 0913 22 33 81

***Email: info@achilles.com.vn

***Fanpage: https://www.facebook.com/achillesvn