1 枕头毛病定义
枕头毛病（Head-in-Pillow，简称HIP）是常见于球状引脚栅格阵列封装（BGA）、芯片级封装（CSP）组件的一种失落效。枕头征象是BGA、CSP元件的锡球没有和焊锡充分的领悟，从而未能形成良好的电气连接和机器焊点。
从切片剖析看，锡膏与BGA锡球经由回流但没有结合在一起，就像头被安置在一个优柔的枕头中，常日称为枕头毛病。枕头毛病切片如图1所示。
2 枕头毛病的危害
虚焊有很大的暗藏性，每每能通过功能测试，但由于焊接强度不足在后续的测试、装置、运输或利用过程中有可能会发生失落效，对产品质量和公司信誉都将造成很大的影响。因此枕头毛病危害性极大。
3 枕头毛病的检测方法
3.1 切片剖析法
切片剖析比较直不雅观，在电子显微镜下能够明显的不雅观察到高下焊点没有熔融在一起，存在缝隙，见图2。
3.2 剥离剖析法
此方法是把故障芯片从PCBA上剥离开来，在显微镜下不雅观察锡球周边比较圆润，类似“球窝”，且没有明显的撕裂，见图3。
3.3 X-RAY剖析法
2DX-RAY旋转45度后，不雅观察焊点有拖尾的征象，呈现葫芦状连接，见图4赤色箭头处。
3DX-RAY会更加直不雅观，见图5。
3.4 侧面不雅观察法
可以利用立体显微镜对PCBA进行直接不雅观察，检讨焊点是否有枕头征象。缺陷是只能不雅观察BGA外围的焊点，对付细间距BGA不雅观察困难。
4 枕头毛病形成机理
业界对HIP的发生机理有一定的争议，一样平常认为由于BGA封装翘曲、焊球氧化或污染、焊锡膏除氧化能力不敷、锡膏印刷和贴装偏移等成分，在回流焊接的加热过程中，部分焊球与锡膏产生分离。当BGA封装由于进一步加热而变平整时，虽然焊锡球与熔融的锡膏重新打仗，但是焊球面新形成的氧化层（SnO、SnO2）阻挡了焊球和锡膏的进一步结合。于是便形成类似一颗头靠在枕头上的虚焊或假焊的焊接形状，见图6。
5 枕头毛病要因剖析
利用头脑风暴法，借助鱼骨图，从“人、机、料、法、环”等方面剖析造成BGA枕头虚焊的缘故原由，见图7。
能够造成HIP毛病的缘故原由很多，从鱼骨图可以剖析出紧张影响成分有部品翘曲，焊球表面非常，助焊剂耐热性不敷，印刷少锡（锡量不敷），锡膏润湿力不敷，预热温度过高、韶光长等（见上图中“☆”号部分），后续环绕紧张问题进行剖析。
5.1 部品翘曲
元器件的封装设计、材质都可能造成器件的翘曲。BGA封装的载板耐温不敷时也随意马虎在回流焊的时候发生载板翘曲变形问题，进而形成枕头毛病，见图8。
可行性对策：通过改换物料，避免受潮，降落炉温请方法减少元件变形量。
5.2 焊球表面非常（污染或氧化）
BGA在IC封装厂完成后都会利用探针来打仗焊球做功能测试，如果探针的清洁度没有处理的很好，有机会将污染物沾于BGA的焊球而形成焊接不良。其次，如果BGA封装未被妥善存放于温湿度管控的环境内，也可能会造本钱体受潮、焊球氧化。
BGA封装厂植球时一样平常利用水溶性助焊剂，洗濯不敷时会造成残渣附着在焊球的表面，随意马虎堕落锡球。见图9。
可行性对策：生产管控。
5.3 锡膏印刷不良
印刷于焊盘上面的锡膏量多寡不一就会造成锡膏无法打仗到焊球的可能性，并形成枕头毛病。其余，如果PCB定位不良或印刷参数设置不当，锡膏印刷偏离电路板的焊盘太远、错位，常日发生在多拼板的时候，当锡膏熔融时将无法供应足够的焊锡形成连接，就会有机会造成枕头毛病。见图10。
可行性对策：生产管控，减少偏移。
5.4 钢网设计
在工艺问题中，钢网设计可能是最主要的。不良的钢网开孔会导致锡膏沉积不敷，这会造成BGA跟锡膏打仗不良，或者没有足够的助焊剂来肃清焊球表面的氧化物。面积比以及脱模率是两个紧张影响成分，低的脱模率会降落焊盘上的总的锡膏沉积量，可能导致助焊剂的润湿不敷，并因此造成枕头毛病的发生。
可行性对策：对付枕头虚焊，增加钢网厚度是最好的选择，但因周边元件影响不能增加钢网厚度时可以考虑增加开孔面积，增加焊锡量，同步增多了助焊剂。
5.5 锡膏
锡膏中助焊剂的浸染过程可以分三个部分：活化、抗氧化性及延长钢网/粘性寿命。高活性是助焊剂中的有用部分，可以去除焊球及焊估中的氧化物；抗氧化性，例如助焊剂中高含量的松喷鼻香，是很有效的，可以防止合金形成新的氧化物，这意味着将有更大的活性来防止器件的氧化。此外，由于锡膏配方的缘故原由提高抗氧化性的同时也增加了粘性，这对付防止枕头毛病的产生是非常有帮助的。如果焊膏一贯坚持着粘性，纵然器件翘曲，焊膏也会延伸并保持连续性，因而在回流时焊膏和器件会始终坚持一个整体并形成单一合金。
可行性对策：锡膏助焊剂耐热性不敷和润湿力不佳是造成的焊接枕头毛病的紧张问题，提高锡膏中助焊剂的抗高温性和防氧化性对防止枕头毛病的产生非常主要。
5.6 回流焊接曲线
当回流焊的温度或升温速率没有设好时，就随意马虎发生没有融锡或BGA翘曲问题。永劫光的高温使锡膏活性在回流焊接时基本上花费殆尽，此时BGA锡球表面与焊锡的打仗过程中已经失落去了助焊剂的保护并且没有熔进锡膏主体，从而形成HIP。
可行性对策：条件许可的情形下，在设置标准范围内减少预热韶光，降落焊接温度。
6 案例：某公司通信产品主芯片枕头毛病缘故原由剖析及改进
某公司通信产品创造存在约1%旁边不开机，剖析是主芯片M虚焊，经由剥离创造是主芯片枕头毛病，不良焊点较多，见图11。后面我们紧张考虑从部品、工艺方面进行剖析和改进。
6.1 BGA翘曲和焊球氧化测试
通过调查，创造芯片供方有二个封装厂：TW封装厂和SH封装厂。TW封装厂的芯片虚焊不良率为3%旁边，SH封装厂的芯片虚焊不良率为0。将二个封装厂的芯片各取样10pcs送第三方实验室检测，测试数据如图12、表1。
测试结果剖析：
芯片变形间隔不大，均符合小于80um的哀求。
190-240度区间，TW封装厂的芯片比SH封装厂的芯片高温形变大。
丈量芯片焊锡球，未创造氧化以及污染的征象。
6.2 回流焊接曲线调度
图13是封装厂家推举的回流焊接曲线，图14是锡膏厂家推举回流焊接曲线，根据推举曲线将实际回流炉进行优化，适当减少预热韶光，减低峰值温度。减少保温韶光不利于打消空洞，温度设置一定要兼顾。优化后的参数设置及实际丈量数据见表2和图15。
优化后实际丈量曲线符合表2的哀求。
采取优化后的回流焊接温度曲，跟踪生产状态，TW封装厂芯片焊接不良率还是3%旁边，无明显改进。
6.3 增加焊锡量
目前主芯片钢网开孔为直径0.26mm圆（钢网厚度0.1mm），将钢网开孔增大至0.25mm方孔进行验证。
0.25mm方形开孔理论印刷锡膏面积比0.26mm圆形大，有利于增加焊锡量，面积比（AR）二者比较靠近，焊锡实际体积增加13.6%。见表3。
0.25mm方形开孔体积：0.056080.0931345mm3
0.26mm圆孔开孔体积：0.049020.0852583mm3
0.25mm方形开孔（倒圆角）试验结果：锡膏体积增加24.97%。利用0.25mm方形开孔的钢网，连续跟踪生产10k，TW封装厂的芯片虚焊率2.7%，稍有改进但不明显。
6.4 锡膏抗氧化不敷
目前我们利用的锡膏型号是S品牌M，其身分Sn-1.0Ag-0.7Cu-Bi-In，类型Type4。本锡膏紧张特点是在降落Ag含量的同时，增加了Bi和In元素，本钱上比较有上风。M的助焊剂型号为LS720，在现在的锡膏中抗氧化性一样平常，改换身分为SAC305抗氧化性比较强的S进行验证。
验证结果如下：
利用同批次的TW封装厂供应的M芯片，批次号E1517。M与S锡膏各生产1000pcs比拟，见表4。
实验结果剖析：
利用M锡膏，CPU虚焊率3%。
利用S锡膏，CPU虚焊率0%。
S锡膏对改进TW封装厂芯片虚焊效果较好。
6.5 其他
还有一些其他的方法增加抗氧化性及活性，如氮气回流，增加助焊剂，焊膏浸蘸工艺等。
氮气回流不会去除器件上已有的氧化物和氢氧化物，但可以预防在回流过程中增加氧化物的形成。
助焊剂或焊膏浸蘸是可行的选择，由于这直接在器件上增加了活性物质，而不是等着板子上的助焊剂来去除。但这种操作增加了焊接工艺和生产本钱，不能长期有效履行，在有其他改进方法的情形下不建议采取。
7 结束语
BGA枕头毛病一样平常是由多种影响成分综合浸染形成的，在剖析和解决问题的时候，要捉住紧张影响成分。本案例中主芯片虚焊通过剖析以及验证实验，初步形成以下结论：
（1）M虚焊为枕头毛病（HIP）。
（2）测试芯片高温形变均没有超出80um，但TW封装厂的芯片高温形变比SH封装厂的芯片大。芯片丈量20pcs未创造锡球异物。
（3）S焊锡膏焊抗枕头毛病能力比目前利用的M好，能够较好的办理TW封装厂芯片的HIP虚焊。对付HIP的办理，改换抗氧化性较高的锡膏是最好的选择。
（4）调度炉温曲线对办理芯片枕头毛病改进效果不明显。
（5）增加焊锡量对付HIP稍有改进，适当增加钢网厚度可以抑制枕头焊点的发生。
（6）条件许可建议增加氮气焊接，减少锡球氧化几率。
