Head in Pillow 枕頭效應常見成因與解決方法

Head-in-Pillow (HIP) 是 BGA 焊接過程中的一種常見失效模式，指的是 BGA 焊球與焊盤之間未完全熔合，形成類似「枕頭與頭」的結構。這種缺陷會導致接觸不良，影響電子元件的性能和可靠性。以下針對 HIP 現象的常見失效問題與解決方案進行詳細分析：

1. 焊接不完全（Incomplete Reflow）
   問題描述：焊球未完全熔融，未與焊盤形成牢固連接。測試中出現間歇性接觸不良或信號不穩定。
   解決方案：
   A.調整回流焊溫度曲線：確保回流焊的升溫和保溫區間符合焊料的熔點需求。適當延長保溫時間以保證焊球完全熔融。
   B.檢查焊膏塗布：檢測焊膏的印刷厚度是否均勻，避免焊膏不足導致接觸面積減少。
   C.優化焊接設備參數：使用 X 光或顯微鏡檢查焊接後的焊點，確保焊接充分。


2. 氧化導致焊接失效
   問題描述：焊接後出現氧化層，阻礙焊球與焊盤的充分結合。導致焊接點的機械強度和導電性降低。
   解決方案：
   A.控制材料品質：使用新鮮且無氧化的 BGA 焊球和焊膏，避免使用長期存放的元件。
   B.增強助焊劑性能：選擇具有更強去氧化能力的焊膏助焊劑，適用於高可靠性焊接要求。
   C.改善存儲條件：在低濕度和無氧化環境中存放 BGA 元件，減少氧化層形成。


3. 印刷不良（Stencil Misalignment）
   問題描述：焊膏未正確塗覆在焊盤上，導致焊接後出現焊球偏移或未接觸到焊盤。
   解決方案：
   A.校準印刷設備：定期校準印刷設備，確保焊膏塗布位置與焊盤完全對齊。
   B.選擇適合的鋼網：確保鋼網開孔的尺寸和厚度符合設計需求，避免焊膏印刷偏移。
   C.檢查印刷質量：使用自動光學檢查設備（AOI）檢測焊膏的印刷質量。


4. 焊接應力（Solder Joint Stress）
   問題描述：焊接點在冷卻過程中因應力導致裂紋或焊接點剝離。
   解決方案：
   A.優化冷卻過程：調整回流焊後的冷卻曲線，減少溫度快速變化帶來的應力。
   B.選擇合適的材料：使用熱膨脹係數匹配的 PCB 材料，減少冷卻時的應力累積。
   C.加強焊點機械強度：通過增加焊膏塗布厚度或優化焊接參數，增強焊點強度。


5. 焊膏品質問題
   問題描述：焊膏中出現氣泡或雜質，導致焊接後焊點內部形成空洞或分層。
   解決方案：
   A.使用高品質焊膏：選擇適合工藝要求的高可靠性焊膏，避免使用過期或存放條件不佳的產品。
   B.加強焊膏處理：在使用前充分攪拌焊膏，確保混合均勻。
   C.檢查焊膏存放環境：在適宜的溫濕度條件下存放焊膏，避免吸濕或受污染。


6. PCB 焊盤問題
   問題描述：PCB 焊盤表面污染或不平整，導致焊球與焊盤接觸不良。
   解決方案：
   A.清潔焊盤表面：使用專業清潔劑去除焊盤表面的污染物，確保其清潔和平整。
   B.檢查焊盤鍍層：確保焊盤鍍層的厚度和材料符合設計規範，避免氧化層過厚。
   C.優化 PCB 製程：與 PCB 供應商合作，改善焊盤的製造工藝，提升表面質量。