什么是电子组装枕头缺陷?

SMT行业一直忙于迎接RoHS符合和无铅焊接，以及产品持续的多功能化和小型化发展带来的挑战。超细间距和面阵列器件的广泛应用给印刷工艺及助焊剂技术带来了各种挑战，例如此类器件间距和尺寸的减小带来的枕头缺陷(HIP，head-in-pillow)就是一个新问题。

什么是电子组装枕头缺陷?

枕头现象是回流焊后球栅阵列(BGA)、芯片级封装(CSP)或层叠封装(PoP)的焊球与焊膏之间不能完全熔合形成焊点的一种缺陷。由于某些原因，印制电路板(PWB)上所印刷的焊膏和封装器件的焊球没有熔接到一起形成一个整体。乍一看，好像有一层膜在熔融焊料的表面，阻止了焊膏与封装焊球的结合。事实上，可能真是如此，因为在有些案例中，熔融焊料的表面好像有一层氧化膜;在其它情况下，似乎在冷却前，当翘曲恢复时，熔融焊料的表面已经足够冷并阻止其与焊球再次接触时进行融合。切片检查发现，它看起来就像一个头完全被压进了一个软的枕头中(图1)。

枕头缺陷正是如下原因造成的：浸润不良和器件的翘曲。这两个原因很难通过检查加以区分，但可以被识别出来，因为随机发生的枕头缺陷是由润湿不良造成的，而器件变形造成的缺陷则发生在边缘或中心位置。浸润不良或翘曲的原因可以被分成以下三个可能的因素：供应、工艺和材料问题。

供应问题

由供应问题(supply issues)所造成的枕头缺陷问题可以在BGA、CSP或PoP封装器件在产线组装之前被确定，这包括在制造、器件包装、运输/存储过程中焊球的氧化问题。产品制造商或组装者很难进行控制，但是必须了解并采取预防性措施，以尽量减少这类问题的产生。

一种不为人所共知的，由制造过程所产生的银熔析(silver segregation)现象可能是产生枕头缺陷的原因。银熔析是指焊料内的含银金属化合物在焊球冷却过程中迁移到焊球外表面的现象。在一些案例中，焊球表面的银含量测试结果高达35%。焊球表层的高含量银层会在元件焊接过程中改变整个浸润和回流的动态过程。银熔析会导致焊球的熔化不良，使得焊球不能与焊膏的主体部分熔接在一起。银熔析的机理目前我们还没有完全掌握，但可以从对冷却过程的控制入手进行研究。

另一个与供应相关的问题是封装上焊球的氧化。焊球的氧化主要发生在器件的储存过程中，其中包括恒温恒湿(MSL)箱和惰性气体干燥箱储存、烘烤和器件在线等环节。惰性气体和恒温/恒湿存储大多数情况下是可控的，能够防止氧化和/或氢氧化物的产生。器件的烘烤过程可能而且通常会使焊球发生氧化。

工艺问题

由组装生产线设置而产生的枕头缺陷被归结为工艺问题。其中包括印刷机设置、贴片设置和回流焊接等。如果焊膏印刷机没有被设置好，那么印刷工艺就无法有效运作。与焊膏特性不相关的印刷问题包括：定位不良、不完善或不正确的印刷机参数设置和较差的钢网设计。在印刷过程中电路板放置不当也会造成不良的或不一致的脱模率。定位不良会导致印刷偏移出焊盘或抽出(pump-out)其重要。印刷机设置的最后一个重要方面与电路板的支撑和电路板与钢网之间的衬垫(gasketing)有关。为了防止这一点，确保电路板跟钢网之间没有间隙是很重要的。在某些情况下，会要求采用专用的真空板支撑，从而获得最佳的衬垫和定位作用。

在所有的工艺问题中，钢网设计可能是最重要的。不良的钢网开孔会导致焊膏沉积不足，这会造成元件跟焊膏接触不良或者没有足够的助焊剂来消除焊球表面/焊膏内的氧化物。面积比以及脱模率在这里起着巨大的作用。虽然钢网可以使焊膏量有一定增加，但这通常是焊膏本身造成的差别。把钢网的具体参数输入到焊膏测量系统，该系统就可以计算出焊膏的理论沉积量，然后通过测量实际的焊膏量并计算得出一个百分比(脱模率)。

确保高的脱模率

不一致或低的脱模率会降低焊盘上的总的焊膏沉积量，因此，可能导致了助焊剂的润湿不足，并因此造成枕头缺陷的发生。脱模率(图2)成为目前非常值得我们用科学方法加以研究的一个项目(从统计学角度)。此外，还有一些变量会影响脱模率，如钢网类型、环境条件和焊膏本身的特性等。室内温度有时包括湿度也会影响脱模率，因为当焊膏的温度变高时会导致其粘度降低;对于水洗类焊膏来说，湿度同样会有影响，可能会导致冷塌陷的发生。

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