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枕頭效應(yīng)(Head-in-Pillow,HIP)是指焊點的不良現(xiàn)象類似一個人的頭靠在枕頭上的形狀而得名。

枕頭效應(yīng)(Head-in-Pillow,HIP)最主要是用來描述電路板的BGA零件在回焊(Reflow)的高溫過程中，BGA載板或是電路板因為受不了高溫而發(fā)生板彎、板翹(warpage)或是其他原因變形，使得BGA的錫球(ball)與印刷在電路板上的錫膏分離，當(dāng)電路板經(jīng)過高溫回焊區(qū)后溫度漸漸下降冷卻，這時IC載板與電路板的變形量也慢慢回復(fù)到變形前的狀況（有時候會回不去），但這時的溫度早已低于錫球與錫膏的熔錫溫度了，也就是說錫球與錫膏早就已經(jīng)從熔融狀態(tài)再度凝結(jié)回固態(tài)。當(dāng)BGA的載板與電路板的翹曲慢慢恢復(fù)回到變形前的形狀時，已經(jīng)變回固態(tài)的錫球與錫膏才又再次互相接觸，于是便形成類似一顆頭靠在枕頭上的虛焊或假焊的焊接形狀。

 

HIP(Head-In-Pillow)檢測

按照上面的理論，枕頭效應(yīng)(HIP)大部分應(yīng)該都會發(fā)生在BGA零件的邊緣，尤其是角落的位置，因為那里的翹曲最嚴(yán)重，如果是這樣，就可以試著使用顯微鏡或是光纖內(nèi)視鏡來觀察，但通常這樣只能看到最外面的兩排錫球，再往內(nèi)就很難辨認(rèn)了，而且這樣觀察BGA的錫球還得確保其旁邊沒有高零件擋住視線，以現(xiàn)在電路板的高密度設(shè)計，執(zhí)行起來限制頗多。

另外，枕頭效應(yīng)(HIP)一般也很難從現(xiàn)在的2D X-Ray檢查機發(fā)現(xiàn)得到，因為X-Ray大多只能由上往下檢查，看不出來斷頭的位置，如果有可以有上下旋轉(zhuǎn)角度的X-Ray應(yīng)該就可以觀察。有些時候或許可以經(jīng)由板內(nèi)測試(ICT, In Circuit Test)及功能測試(FVT, Function Verification Test)檢測出來，因為這類機器通常使用針床的作業(yè)方式，需要添加額外的外界壓力于電路板上，讓原本互相挨著的錫球與錫膏有機會分開，但還是會有許多的不良品流到市場，通常這類不良品很快的就會被客戶發(fā)現(xiàn)有功能上的問題而遭到退貨，所以如何防治枕頭效應(yīng)的發(fā)生實為SMT的重要課題。

另外，也可以考慮透過燒機(Burn/In)的方式來篩選出有HIP的板子（如果單板燒機要加溫度），因為燒機的時候會有升高板子的溫度，溫度會讓板子變形，板子有變形，空/假焊的焊點就有機會浮現(xiàn)出來，所以燒機的時候還得加上程式作自我診斷測試，如果HIP的位置不在程式測試的線路上，就查不出來了。

目前比較可靠可以分析HIP不良現(xiàn)象的方法是使用染紅試驗(Red Dye Penetration)，以及微切片分析(Cross Section)，但這兩種方法都屬于破壞性檢測，所以非到必要不建議使用。

新近【3D X-Ray CT】的技術(shù)有了突破，可以有效的檢查到這類HIP或是NWO(Non-Wet-Open)焊接缺點，而且也慢慢普及了起來，但機臺的費用還是不夠便宜就是了。
 

HIP的發(fā)生的可能原因

枕頭效應(yīng)雖然是在回流焊期間所發(fā)生的，但其真正形成枕頭效應(yīng)的原因則可以追溯到材料不良，而在電路板組裝工廠端則可以追溯到錫膏的印刷，貼件/貼片的淮確度及迴焊爐的溫度設(shè)定…等。

底下是幾個形成枕頭效應(yīng)(HIP)缺點的可能原因：

1、BGA封裝(Package) 

如果同一個BGA的封裝有大小不一的焊球(solder ball)存在，較小的錫球就容易出現(xiàn)枕頭效應(yīng)的缺點。 

另外BGA封裝的載板耐溫不足時也容易在回流焊的時候發(fā)生載板翹曲變形的問題，進(jìn)而形成枕頭效應(yīng)。 

(warpage of substrate, inconsistent bump size) 

2、錫膏印刷(Solder paste printing) 

錫膏印刷于焊墊上面的錫膏量多寡不一，或是電路板上有所謂的導(dǎo)通孔在墊(Vias-in-pad)，就會造成錫膏無法接觸到焊球的可能性，并形成枕頭效應(yīng)。 

另外如果錫膏印刷偏離電路板的焊墊太遠(yuǎn)、錯位，這通常發(fā)生在多拼板的時候，當(dāng)錫膏熔融時將無法提供足夠的焊錫形成橋接，就會有機會造成枕頭效應(yīng)。 

(insufficient solder paste volume, printing misalignment) 

3、貼片機的精度不足(Pick&Place) 

貼片機如果精度不足或是置件時XY位置及角度沒有調(diào)好，也會發(fā)生BGA的焊球與焊墊錯位的問題。 

另外，貼片機放置IC零件于電路板上時都會稍微下壓一定的Z軸距離，以確保BGA的焊球與電路板焊墊上的錫膏有效接觸，這樣在經(jīng)過回流焊時才能確保BGA焊球完美的焊接在電路板的焊墊。如果這個Z軸下壓的力量或形成不足，也有機會讓部份焊球無法接觸到錫膏，而造成HIP的機會。 

(Inaccurate XY placement, insufficient placement force) 

4、回流焊溫度(Reflow profile) 

當(dāng)回流焊(reflow)的溫度或升溫速度沒有設(shè)好時，就容易發(fā)生沒有融錫或是發(fā)生電路板及BGA載板板彎或板翹…等問題，這些都會形成HIP。可以參考BGA同時空焊及短路可能的原因一文，瞭解BGA載板與電路板因為CTE的差異過大，以及TAL(Time Above Liquids)過長，而造成的板彎板翹所形成的BGA空焊及短路的分析。 

另外，要注意預(yù)熱區(qū)的溫度升溫如果太快的話容易驅(qū)使助焊劑過早揮發(fā)，這樣就容易形成焊錫氧化，造成潤濕不良。其次最高溫度(Peak Temperature)也最好不要調(diào)得過高及過久，建議最好參考一下零件的溫度及時間的建議。 

(inadequate reflow profile that results in component & PCB warpage, Lifting of BGA bumps due to wetting force, Excessive Peak Temperature, too much TAL) 

5、焊球氧化(Solder ball Oxidization) 

BGA在IC封裝廠完成后都會使用探針來接觸焊球作功能測試，如果探針的潔淨(jìng)渡沒有處理的很好，有機會將污染物沾污于BGA的焊球而形成焊接不良。其次，如果BGA封裝未被妥善存放于溫濕度管控的環(huán)境內(nèi)，也很有機會讓焊球氧化至影響焊錫的接合性。