BGA 枕頭效應怎麼查：焊球和錫膏沒有融在一起，6 階段從確認、看位置到驗證
枕頭效應在 IPC-7095E（2024 年 8 月版）第 1.4.4 節的定義，是 BGA 焊球和回焊後的錫膏形成兩團冶金上分開的焊料、彼此沒有融合或融合不完全的焊點［參A］。查法分三步：先用撬開、紅墨水或切片確認，再看不良的球集中在邊緣、中央還是隨機散布，決定先查翹曲與爐溫，還是焊球與錫膏；改完驗證時，零不良也有上限，一份終端產品廠的個案論文寫，100 片零不良時，95% 信心下真實不良率的上限是 2.95%［參B］。
枕頭效應（Head-in-Pillow，簡稱 HIP，也寫成 HoP）是 BGA（Ball Grid Array，球柵陣列封裝）過回焊爐之後，焊球和板子上的錫膏都熔了，卻沒有融成一體：焊球像一顆頭，坐在錫膏凝固成的「枕頭」上。它常常通得過電性測試，X-ray 也不一定看得出來；第一步是用撬開、紅墨水或切片確認；確認之後，先看不良的球在哪裡：集中在封裝的邊緣、四角或中央，多半先查元件與板子的翹曲、爐溫；散在各處、沒有規律，多半先查焊球的氧化、錫膏與印刷量。還有一個陷阱：找不到，不等於沒有，抽查 100 片都沒找到，真實不良率在 95% 信心下的上限，仍有約 3%。這個查的順序是本文為了好查整理的，不是哪一份標準的條文。
- 兩種來源，出現的位置不一樣：一篇 IPC 研討會論文把枕頭效應分成兩類：隨機出現的，來自潤濕不良（焊球氧化、錫膏的助焊作用不夠）；集中在邊緣或中央的，來自翹曲。一份終端產品廠（OEM）的個案論文，進一步寫出：中央的，多半是封裝往一個方向翹；邊緣的，多半往另一個方向翹；隨機的，可能是導熱的線路與導通孔、較小的錫膏量、較小的焊球。
- 翹曲是起點，氧化是第二道關：一篇網通設備廠與其代工廠合寫的論文，把形成過程分成四段：放上去時，球都碰到錫膏；升溫時，封裝翹起，邊角的球離開錫膏，沒有助焊劑保護而氧化；熔化時，球和錫膏各自熔了，卻沒有碰到；降溫時，封裝回平，球貼回去，若助焊劑已經用完，或被氧化膜擋住，兩邊就不會融合。
- 能動的項目不只一個：同一份 OEM 個案，換錫膏的影響很大：測了五款無鉛錫膏，有一款幾乎讓不良消失，另一款比原本還多十倍以上；改用氮氣爐、沾助焊劑，也都在樣本內降到零不良。這是一家的結果，換了元件、錫膏、爐子，結果不會一樣。
BGA 焊點怎麼檢查（X-ray、紅墨水、切片怎麼選），請看〈BGA 焊點怎麼檢查〉；錫膏怎麼挑，請看〈錫膏怎麼挑〉。本文從「已經確認，或高度懷疑是焊球和錫膏沒有融在一起」開始講，範圍是為什麼會這樣、不良的位置怎麼分、往哪一站查、改完怎麼驗證；回焊後其他長相的焊接不良、BGA 拆下重焊、底部填充，都不在本文。下面每個階段寫了怎麼做，以及嘉鴻能幫的；來源與例外放在文末的備註。
先看這張：不良球的分佈，各自先往哪裡看
| 分佈 | 怎麼認 | 常見原因的方向 | 先看 |
|---|---|---|---|
| 邊緣或四角 | 同一顆 BGA 上，不良集中在外圈或角落的球；角落常見 | 封裝或板子翹曲，外圈的球離開錫膏；熱量太多；錫膏量少 | ②③④ |
| 中央 | 不良集中在封裝中間的球 | 翹曲的方向相反，中間的球離開錫膏；熱量太多；錫膏量少 | ②③④ |
| 隨機 | 每片的位置都不同，旁邊的球都正常 | 焊球氧化（製造、保存、烘烤）；錫膏的助焊與抗氧化不足；錫膏量少或不穩；導熱線路與導通孔 | ③⑤ |
| 突然變多 | 換了一批元件、錫膏，或改了爐溫、烘烤之後 | 兩批之間，有一項變了 | ④⑤ |
同一格裡的原因沒有先後，要一個一個排除；每一種的出處與限制，見文末的備註。
階段①：先確認是不是它，再分範圍、留證據
不良板拿到手，先不要重工，也不要用力扳：破壞性的方法一做，原因就看不到了。
| 方法 | 看得到嗎 | 說明 |
|---|---|---|
| 電性、功能測試 | 多半看不到 | 球和錫膏有接觸，常常通得過；到了客戶手上，遇到震動或溫度變化才失效 |
| 外圈側看 | 只看得到外圈 | 網通設備廠的論文（簡報頁）：光學側看，只對角落的球有用 |
| 推壓再測 | 不必切開（本文的建議） | 工程論壇專家的經驗：測試時失敗、在封裝上面輕輕往下壓就通過，多位回覆的專家認為多半是枕頭效應，但也可能是翹曲或封裝內部失效；另有專家認為可能是焊點開路，根因是回焊時封裝或板子翹曲（翹曲也是多位專家認為造成枕頭效應的原因） |
| 2D X-ray（從正上方照） | 看不出來 | 工程論壇一位 X-ray 設備廠的專家說，從正上方照，焊點看起來正常。一篇錫膏廠的論文說，整體而言 X-ray 抓枕頭效應不太敏感 |
| 斜角 2D X-ray | 可以確認，費工 | 網通設備廠的論文（簡報頁）：斜角的 2D X-ray 很費工。代工廠的研究：用偵測器可傾斜（55～68 度）的 2D X-ray 確認每一個枕頭，不算簡單，但做得到。工程論壇也有專家說，斜角 X-ray 應該可以不破壞樣品確認 |
| 線上 3D X-ray（AXI） | 抓得到一部分，不是全部 | 網通設備廠的論文（簡報頁）：自動 X-ray 有誤判與漏判。代工廠的研究：同一組 47 個枕頭，四台機器在幾個廠區的漏判比例，從約 2% 到約 98%；斷層合成（tomosynthesis）的機器看起來比 laminography 好；判定門檻調嚴，抓到的變多，誤判也變多（一台機器從抓到 18 個、誤判 7 個，變成抓到 29 個、誤判 17 個） |
| 斷層掃描（CT） | 可以確認 | 代工廠的研究用板階 CT 驗證 AXI 與斜角 2D 的結果。另外有一顆球不是枕頭，是一條約 9 µm 的裂縫：斜角 2D 找到、CT 確認，四台 AXI 都沒有判出來 |
| 撬開再用顯微鏡看 | 直接 | OEM 個案認為，這是見效快的方法；但樣品會毀掉，全數遏制的成本很高 |
| 紅墨水 | 看得出哪一面沒結合 | 染色後拉開，會毀掉樣品 |
| 切片 | 看得到「頭坐在枕頭上」 | 會毀掉樣品；要先用上面的方法找出可疑的球，再決定切哪裡 |
| 做什麼 | 怎麼做 | 為什麼 |
|---|---|---|
| 留證據 | 拍整片板子與不良處的近照；留幾片不撬開、不重工 | 後面每一步的結果，才對得回同一顆球 |
| 記位置 | 在球位圖上，標出每一顆不良的球；累積幾片後，看是外圈、中央，還是散布 | 位置決定先查哪裡 |
| 記範圍 | 哪幾片、哪一個拼板位置、哪一批元件、哪一批錫膏、哪一個時段，每片有幾顆 | 同一批、同一時段，多半是材料或爐子；每片都不同，多半是個別的球 |
| 問近期改了什麼 | 元件批號、錫膏、鋼板、爐溫程式、烘烤、保養 | 突然變多，多半是有東西變了 |
| 對允收條件 | BGA 焊點的允收，依 IPC-A-610 與客戶規範 | 判定值本文不寫，請與客戶約定 |
一個排查枕頭效應（Head-in-Pillow，HIP）的例子：某類模組有好幾批在同一個預測試項目失敗，排查清單裡有一項是檢查枕頭效應。這次另外做了兩個不必切開樣品的測法：用手推壓失效樣品的晶片再測，以及用熱風槍加熱後再測。產線上常見的做法是：先用熱風槍加熱一下，接觸通常會比較通；如果先點助焊劑再整個加熱，更容易通。一般的判讀是：枕頭效應的焊球只是靠在錫膏上，接觸時好時壞；壓一下就會通，很可能就是枕頭效應。如果推壓後還是不通，下一步先用斜角 X-ray 或 3D X-ray 找出可疑的焊球（3D X-ray 也可能漏判），再搭配電路圖決定切哪一處——切片會報廢樣品，不宜一開始就做。
紅墨水的做法，IPC 有一份測試方法：IPC-TM-650 的 2.4.53〈Dye and Pull Test Method〉（舊稱 Dye and Pry），列在 IPC-7095E 的引用文件裡［參A］。至於 BGA 焊點合不合格，IPC-7095E 第 1.1.1 節寫，BGA 組裝件的允收條件與要求，請看 IPC J-STD-001 與 IPC-A-610［參A］。
嘉鴻能幫的：
- 高畫質 7 吋數位顯微鏡：撬開後看焊球與焊墊用；JH-G1200 為 1–1200 倍、JH-G1600 為 1–1600 倍連續變焦，鏡頭角度可調，可拍照、錄影存檔當記錄；進階配件組附輔助燈與 32G 記憶卡。
- 4K 3D 數位顯微鏡 TD-4KHU：內建測量系統，螢幕直視，可多角度旋轉顯示。
- 各方法看什麼、怎麼選，見〈BGA 焊點怎麼檢查〉。
- 價格與庫存，請洽詢。
階段②：翹曲：球有沒有在升溫時離開錫膏
這一階段要回答兩件事：您的元件與板子，在回焊溫度下翹多少；翹的方向，和不良的位置對不對得起來。
| 看什麼 | 怎麼確認 | 說明 |
|---|---|---|
| 回焊溫度下的翹曲 | 向元件廠要元件在回焊溫度下的翹曲資料；常見的量法是陰影疊紋（shadow moiré，用光柵的陰影條紋算出高低差） | 常溫下平的元件，到了回焊溫度不一定平；OEM 個案提到，JEDEC 的 JESD22-B112 只寫了陰影疊紋這一種量法 |
| 翹曲的上限 | 把元件的翹曲，和您訂的上限比 | OEM 個案提到，業界常見的建議上限約 100 µm；該廠訂得更嚴，±50 µm，元件廠在實驗中把峰值溫度下的翹曲降到 50 µm 以下 |
| 簡單的粗篩 | 把 BGA 球面朝下放在玻璃板上，用同樣的爐溫曲線過一次爐，再看球被壓扁的程度 | 一家錫膏廠的論文提出：外圈或中央的球，比其他的壓得扁得多，就是翹得多；只能看有沒有，不能算多少 |
| 封裝的結構 | 晶片薄、封裝材料的熱膨脹係數（CTE，Coefficient of Thermal Expansion）差得多的封裝，翹得多 | 清華大學的論文：有厚晶片的封裝，240°C 時翹曲峰值約 50 µm；沒有晶片或晶片薄的，超過 90 µm；翹曲大一倍，枕頭效應的機率約三倍 |
| 板子的翹曲 | 量元件所在位置的板子；請設計端看銅的分佈是否平衡 | OEM 個案：板子的共面度原本 164 ± 25 µm，改兩版降到 60 µm 以下；驗證用的是銅平衡的板子 |
| 加熱的總量 | 封裝受的熱越多，翹得越多；峰值與液相線以上的時間，一起看 | 見階段④ |
| 遮熱 | 對特定一顆 BGA，加遮熱罩，降低它的溫度 | 一家錫膏廠的論文：用在特定一顆 BGA，特別是它不是板上大零件時 |
表中提到的翹曲量法標準是 JEDEC 的 JESD22-B112；IEC 另有一份專講高溫翹曲的國際標準 IEC 60191-6-19（第 1.0 版，2010 年 2 月，取代 2008 年發行的 IEC/PAS 60191-6-19）［參C］。它的範圍寫明，規定 BGA、FBGA（細間距 BGA）與 FLGA 在高溫下的封裝翹曲量測方法，以及最大容許翹曲；目錄列出的量法有兩種：陰影疊紋法與雷射反射法，另有一章是 BGA 與 FBGA 的最大容許翹曲表［參C］。
嘉鴻能幫的：
- 白光結構光厚度與形變量測：量板子與載具的翹曲、錫膏厚度；常溫下量，精度約 ±25 µm。它量的不是元件在回焊溫度下的翹曲，也不能拿來說符合高溫翹曲的量測標準，結果只當參考。
- 價格與庫存，請洽詢。
階段③：印刷與貼裝：錫膏夠不夠、準不準
錫膏量少，有兩個壞處：球翹起來之後，更容易碰不到錫膏；助焊劑也少，更快被用完。
| 看什麼 | 怎麼確認 | 說明 |
|---|---|---|
| 錫膏的量 | 用 SPI（Solder Paste Inspection，錫膏檢查機）量 BGA 焊墊上的體積，看平均，也看變異 | 論文裡錫膏廠的說明：印得越少，球翹起後越容易碰不到；一組實驗中，錫膏點很小時，助焊劑幾乎九成被燒掉 |
| 轉移效率與開孔面積比 | 轉移效率是實際印出的量，除以開孔理論上能印的量；開孔面積比小，容易印不出來 | 一篇 IPC 論文：面積比低於 0.66 時，板子的支撐與鋼板的貼合特別重要；鋼板設計，可能是印刷站關鍵的一項 |
| 開孔放大 | 一種常見的建議：把開孔放大 1 到 2 mil | OEM 個案轉引這個建議；該個案的壓力測試，用過 3 mil 的鋼板，模擬較少錫膏量 |
| 周邊的球不良 | 周邊多印一點錫膏 | 一家錫膏廠的論文：讓熔化的錫膏長得夠高，碰得到球，也多帶一些助焊劑；要改鋼板，請與鋼板廠討論 |
| 印刷對位與板子支撐 | 對位偏了、板子和鋼板之間有縫，錫膏量就不穩 | 面積比小的開孔，更敏感 |
| 貼裝 | 貼歪、離開焊墊、貼裝壓力 | 貼裝壓力、位置，在兩份文件的因素圖裡列為可能因素 |
嘉鴻能幫的：
- SPI 導入評估：用製程失效模式與效應分析（pFMEA）把印刷的風險逐項打分，再實機驗證。
- 半自動鋼板檢查機：3,800 萬像素相機，可偵測 13 種缺陷類型，檢測尺寸上限 800 × 800 mm。目前為預購。
- 雙槽自動門鋼板清洗機：清洗、漂洗、風切乾燥、加熱烘乾全部自動完成；可同時放兩片 750 × 750 mm 的鋼板。
- 鋼板擦拭紙：低發塵的雙層水刺結構，紙寬 350～850 mm，一箱起訂。
- 全自動吸嘴清洗機：分三個等級：基礎清洗型（一次 40 支）、清洗加視覺檢測型、清洗加真空檢測加分揀加二維條碼辨識型。
- 價格與庫存，請洽詢。
階段④：爐溫曲線與氣氛：不要讓助焊劑在熔化前就用完
這一階段有兩個目標：球還沒有融進錫膏之前，助焊劑要夠用；封裝受的熱，不要比必要的多。先量到板子上的實際溫度，再談調整：爐子的設定值，不等於板子上的溫度。
| 調什麼 | 為什麼 | 注意 |
|---|---|---|
| 浸潤（soak）降低、縮短 | 助焊劑在錫熔化之前就先被用掉；一份焊料廠的簡報：低而短的浸潤，比高而長的好；OEM 個案也說，浸潤與升溫的時間，是兩個關鍵的製程配方變數 | 浸潤太短，板上溫度會不均，要同時看其他不良 |
| 縮短 TAL、降低峰值 | TAL（Time Above Liquidus，液相線以上的時間）與峰值，合起來是總熱量，熱量越多，封裝越翹；OEM 個案的結論，把縮短 TAL 的爐溫配方列為驗證方案 | 峰值與 TAL 太少，球和錫膏也熔不透；同一份簡報也說，峰值更高、更久，沒有改善 |
| 看元件的耐溫 | 元件廠規格書有峰值的上限 | 一篇 IPC 論文提到，有客戶降低峰值後，才發現多年來一直超過元件的額定溫度 |
| 量 BGA 中央與角落的溫差 | 一篇論文在重工機上，就是靠中央與角落的大溫差，做出枕頭效應 | 量板子上的溫度，BGA 的中央、角落、不良的位置都要量 |
| 氮氣 | 減少新的氧化；OEM 個案，氧含量低於 500 ppm 的氮氣爐，188 片零不良；另一份簡報也說有效 | 氮氣擋得了新的氧化，除不掉已經長好的氧化層；也要有設備 |
| 氮氣讓臨界值變大 | 清華大學的論文，同一個封裝：空氣中，翹曲超過約 54 µm 就有風險；氮氣中，約 101 µm | 這是特定封裝的結果，不是通則 |
上表「低而短的浸潤，比高而長的好」，那份焊料廠簡報比較的三條曲線是這樣：低而短的浸潤是 155～175°C、88 秒，高而長的是 180～200°C、96～98 秒；峰值低而短的是 234°C、回焊區 18～21 秒，高而長的是 244°C、43 秒［參D］。簡報的結論是較低、較短的浸潤較好，更高、更久的峰值沒有改善枕頭效應［參D］。這是該簡報在它的錫膏、焊球與試驗板上的實驗條件，不是建議值；您的曲線仍以錫膏規格書為起點。
曲線改多少有效，因錫膏與元件而異：
- 以錫膏的規格書為起點：錫膏廠建議的曲線，是依那一款錫膏的助焊劑設計的；先照著跑，再依板子調整。
- 一次只改一件：浸潤、TAL、峰值，不要同時動；改完重新量一次，再看不良有沒有變少。
- 換了錫膏，曲線要重新驗證：不同的錫膏，助焊劑撐得住的時間不同。
嘉鴻能幫的：
- 爐溫測試儀：頁面寫 7、9、12 通道、熱電偶自動設定、保固 2 年。
- 測溫線（K 型）：鐵氟龍款 0～260°C，量回焊爐；線徑兩種，粗的 0.255 mm 耐彎折，細的 0.127 mm 反應快；頁面附有嘉鴻自行送驗的檢測報告。
- 氮氣爐的氧濃度分析儀配件：氮氣分析儀濾芯（頁面寫外徑 37 mm、全長 205 mm、螺牙外徑 11.8 mm，用來維持氮氣純度與氧含量讀值精準）。
- 價格與庫存，請洽詢。
階段⑤：錫膏與焊球：隨機散布的時候
位置沒有規律時，先看材料：錫膏，以及焊球本身的狀況。
| 看什麼 | 怎麼影響 | 怎麼做 |
|---|---|---|
| 錫膏的選擇 | 助焊劑的活性、抗氧化、抗塌陷與黏性不同；OEM 個案：一款讓不良幾乎消失，另一款多十倍以上，塌陷差的錫膏，不良也多 | 用同一個方法比（見階段⑥）；新款怎麼驗證，見〈錫膏怎麼挑〉 |
| 錫膏受熱後的耐久度 | 一篇論文發現，錫膏被加熱後，活性會衰退，各款速度不同；退得快的，能用的製程窗口就窄 | 同一批板子，停機、等待的時間要管 |
| 焊球的氧化 | 元件出廠前的製造、包裝、儲存，以及拆封後的在線時間、烘烤，都會讓氧化層變厚；IPC 論文還提到，烘烤本身也會讓焊球的氧化層增厚 | 比較有問題與沒問題的兩批元件；記下拆封時間與烘烤次數；烘烤依元件廠規格，不是越多越安全 |
| 焊球的表面 | IPC 論文提到，有些焊球的表面，銀含量異常偏高，造成熔不進錫膏；OEM 個案轉述他人的說法：特定的微量添加物會影響助焊劑化學，但沒有驗證 | 這是元件廠的製程，請向元件廠問 |
| 植球時用的助焊劑 | 一份焊料廠的簡報：植球用水溶性助焊劑的，比用免洗的，風險高；水洗的過程也有影響 | 這是元件廠的事，請向元件廠問 |
| 錫膏與焊球的熔點差 | OEM 個案：球是熔點約 227°C 的合金，錫膏約 217°C，錫膏先熔，球還沒熔，容易先氧化；改用熔點相同的球，100 片零不良（附錄另有一組 52 片出現 3 片，論文沒有解釋） | 球的合金是為了耐掉落，該廠沒有改；這條路不一定走得通 |
| 水溶性錫膏配免洗的球 | 一家錫膏廠的論文：免洗製程的球，表面的殘留是疏水的，水溶性錫膏的助焊劑滲不進去 | 免洗的球，配免洗的錫膏 |
| 沾助焊劑或沾錫膏 | OEM 個案：沾助焊劑，150 片零不良；錫膏廠的論文與簡報，也提到這個做法，是把助焊作用直接加在元件上 | 要看您的貼裝機能不能做，也多一道工序 |
| 剛換了材料 | 同時換兩樣，就分不出是哪一樣造成的 | 一次換一樣 |
嘉鴻能幫的：
- 錫膏／錫絲系列：頁面寫焊錫膏 SAC305-T4（無鹵素）、無鉛環保，與各規格錫絲。
- 錫膏回溫機：密封回溫，放 500 克的錫膏罐，每個工作位可獨立設定溫度並有警報；頁面整理了回溫的三條規則：整罐密封、至少 2 小時、不用高於 25°C 的熱源加速。
- 錫膏先進先出治具：不鏽鋼，24 × 2 共 48 瓶，直接放進錫膏冰箱；新入庫的自動推到後面，前面永遠是較早的批次，可搭配條碼與 ERP（企業資源規劃系統）做批次追溯。
- 錫膏攪拌刀：25 × 250 mm，刀厚 1.5～5 mm；要等回溫完才用。攪拌與開封後的使用期限，見〈錫膏攪拌多久？開封後使用期限怎麼訂〉。
- 超低濕電子防潮箱：1%～10% RH 與 1%～3% RH 兩個等級；放拆封後的 BGA。選型見〈防潮箱與氮氣櫃的差別〉。
- 藍色六點濕度指示卡：六點顯示，藍色轉粉紅色，乾燥後可恢復顏色；鋁箔袋（抗靜電・靜電袋）可訂製。
- 智能程式烤箱 JHSXH-480：進口氮氣流量計、快速插拔充氮接口，可設定多段升降溫曲線，用途含半導體元件去濕預烤。什麼狀況該烤、烤多久，見〈濕敏元件保存與烘烤條件〉。
- 價格與庫存，請洽詢。
階段⑥：改完怎麼驗證：樣本數，與同一種看法
枕頭效應容易被誤判的地方，是「抽了很多片，都沒看到」。
| 抽查片數 | 找到幾片 | 95% 信心下，真實不良率的上限 |
|---|---|---|
| 100 | 5 | 約 10% |
| 100 | 0 | 2.95% |
| 150 | 0 | 1.98% |
| 188 | 0 | 1.58% |
| 2496 | 0 | 約 0.1% |
上表是 OEM 個案論文裡的數字。零不良不是不良率為零；結論裡要把「上限」一起寫進去。
零不良時的上限是這樣來的：假設真實不良率是 p，抽 n 片全部沒有不良的機率是 (1 − p)ⁿ；令這個機率等於 5%，解出來的 p 就是 95% 信心下的上限［參E］。片數大於 30 時，可以用「3 ÷ 片數」粗估這個上限，這是統計上的「三法則」［參E］。本文的計算例：100 片零不良，1 − 0.05^(1/100) ≈ 2.95%（粗估 3 ÷ 100 = 3%），與論文一致［參B］；2496 片零不良，精確值約 0.12%，論文寫約 0.1%［參B］；若要讓上限低於 1%，至少要連續 299 片零不良（ln 0.05 ÷ ln 0.99 ≈ 298.1，取整數進位）。上表「100 片找到 5 片」那一列不是零不良，不能用這個粗估。
| 做什麼 | 怎麼做 | 為什麼 |
|---|---|---|
| 用同一種看法 | 每次都用撬開或切片，看同一個位置；先確認檢驗員之間的判定一致 | 該個案的 2496 片，是由兩位通過屬性型量測系統分析（attribute GR&R）的檢驗員撬開檢查的 |
| 先小批，再放大 | 先跑一小批，確定不良真的變少，再放大到整批 | 改錯了，影響的板子少 |
| 故意加壓 | 用翹曲更大的元件、沒有銅平衡的板子、減薄的鋼板，看改法撐不撐得住 | 該個案這樣做，100 片仍零不良；平常的條件下零不良，不代表壓力下也撐得住 |
| 新錫膏先在實驗室比 | 把單顆球放到熔化的錫膏上，看多久融合；也有人用小錫膏點的氧化、潤濕天平等方法 | 論文裡各家的方法都不同；網通設備廠的論文用重工機的噴嘴把單顆球放到焊墊上加熱，依潤濕分級排名，前四名上板之後明顯優於原本的錫膏 |
| 需要時，先讓元件氧化 | 讓氧化先發生再比較：有論文把板子在空氣中烘烤 48 小時，也有把球在 200°C 空氣中放 24 小時 | 這是評估用，不是量產的做法 |
| 一次只改一件 | 每次只動一個條件，其他的都不動 | 同時改兩件，變好了也不知道是哪一件 |
| 記下來 | 元件批號、錫膏批號、曲線版本、檢驗方法、抽查片數與結果（含上限），寫回製程文件 | 下一次換班、換線、換料，才不會又退回去 |
嘉鴻能幫的：
- 撬開後的目檢與記錄，用階段①的數位顯微鏡；爐溫曲線的前後對照，用階段④的爐溫測試儀與測溫線。
- 稽核會怎麼問、要備哪些記錄，見〈SMT 製程稽核會問什麼〉。
- 價格與庫存，請洽詢。
常見問題
Q1：枕頭效應（HiP）和不潤濕開路（NWO）差在哪？
拆開後看錫膏留在哪一邊。枕頭效應的錫膏留在板子的焊墊上，凝固成「枕頭」，焊球坐在上面沒有融合；NWO（Non-Wet Open）是封裝翹起時，焊球把錫膏一起帶離焊墊，拆開後焊墊看起來像沒沾到錫的銅面，元件那一側掛著一顆較大的球。兩者都和升溫時的翹曲有關，排查可以共用本頁階段②～④的方向；一家錫膏廠的技術文章另外提到，NWO 只出現在 OSP 表面處理的板子，這點請以您的實際切片或撬開結果為準。
Q2：用熱風槍加熱一下就通了，這顆 BGA 算修好了嗎？
不算，本頁把「加熱或推壓後會通」當成判斷是不是枕頭效應的線索，不是修復方法。加熱後通過，只能說明接觸變好，無法證明焊球和錫膏已經融成一體，出貨後遇到震動或溫度變化，仍可能再斷。要修，是把 BGA 拆下、清理焊墊、換新元件或重新植球後再焊回，做法依 IPC-7711/7721（電子組裝件的重工、修改與維修）與客戶規範，以客戶指定版本為準；本頁不談拆下重焊的細節（見本頁階段①）。
Q3：為什麼改成無鉛製程之後，比較常聽到枕頭效應？
本頁引用的 OEM 個案論文寫到，枕頭效應在無鉛焊接較常見，被認為和兩件事有關：製程溫度較高，以及焊球與錫膏是不同合金。溫度較高，封裝受的熱多、翹得多；焊球合金（例如熔點約 227°C）和錫膏（約 217°C）熔點不同時，錫膏先熔、球還沒熔，球有時間先氧化。這也是為什麼本頁備註提醒，舊研究有些用的是錫鉛錫膏，結果不能直接套到現在的無鉛製程（見本頁階段⑤）。
Q4：X-ray 看得到空洞，為什麼常看不出枕頭效應？
空洞是焊點裡面少了一塊錫，從正上方照，會看到顏色不同的圓點；枕頭效應的焊球和錫膏都還在，只是交界沒有融合，從正上方照下去，錫的形狀與總量和正常焊點差不多，所以看起來正常。要看到那條交界，得換角度：斜角 X-ray、CT，或撬開、紅墨水、切片。空洞與枕頭效應的允收判定，依 IPC-A-610 與客戶規範另外約定（見本頁階段①）。
延伸閱讀
想把相關的製程環節一起看完，可以接著讀這幾篇：
- 〈BGA 焊點怎麼檢查：X-ray、紅墨水、切片怎麼選，5 階段由淺入深〉
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備註：來源與例外
以下給需要核對的人看，不看也不影響上面的做法。標準的條文請以官方原文為準；您的客戶給的規範、您的元件與錫膏規格書與本文不同時，以它們為準。
各做法的出處
| 做法 | 內容 | 出處 |
|---|---|---|
| 定義與別名 | 焊球與錫膏都熔了，卻沒有融成一體；別名有 head-on-pillow、ball-in-socket、ball-in-cup；剖面像頭壓在枕頭上；電性上多半有接觸 | IPC 研討會論文（Subbarayan 等人；Oliphant 等人；Scalzo）；SMTA 研討會論文（Pandher 等人） |
| 形成過程 | 放上時都接觸；升溫時封裝翹起、邊角的球離開錫膏而氧化；熔化時各自熔了沒接觸；降溫時封裝回平、球貼回，助焊劑用完或被氧化膜擋住，不融合 | IPC 研討會論文（Subbarayan 等人）；SMTA 研討會論文（Pandher 等人）；一家錫膏廠的技術論文（頁面沒有顯示日期；參考文獻區註 2010 年 6 月首次發表於 ECTC） |
| 位置與原因 | 隨機的：潤濕不良（供應與保存）；邊緣或中央：翹曲（貼裝與翹曲）；中央與邊緣的翹曲方向相反；隨機也可能來自導熱線路與導通孔、較小的錫膏量、較小的焊球；角落的球常見 | IPC 研討會論文（Scalzo；Oliphant 等人；Subbarayan 等人的簡報） |
| 偵測方法 | 電性與功能測試多半過；光學側看只看得到角落；2D 斜角 X-ray 費工；自動 X-ray 有誤判與漏判；X-ray 對它不敏感；撬開加顯微鏡見效快；紅墨水、切片可確認 | IPC 研討會論文（Subbarayan 等人；Oliphant 等人）；錫膏廠的技術論文；IPC-7095E 目錄（X-ray、切片、染色滲透的章節） |
| X-ray 的種類與推壓再測 | 正上方的 2D X-ray 焊點看起來正常；斜角 2D 可確認但費工；四台 AXI 對同一組 47 個枕頭的漏判比例約 2%～98%，斷層合成看起來較好，門檻調嚴誤判也變多；CT 用來驗證，約 9 µm 的裂縫 AXI 沒有判出；推壓會通，多位專家認為多半是枕頭效應，但也可能是翹曲或封裝內部失效（論壇經驗） | 代工廠的枕頭效應 X-ray 檢測研究（IPC APEX EXPO 研討會論文，由一家電子代工廠的 23 位作者合寫；論文頁面沒有顯示年份，同檔所附簡報標 2013 年 2 月 20 日；同一份論文也放在另一個業界網站。本文用了斜角 2D、四台 AXI 的漏判比例、門檻與誤判、CT 驗證與約 9 µm 的裂縫。限制：只比了一種 BGA（1017 球）、兩片板（47 個枕頭）、四台 AXI，各廠區的條件相近但不完全相同；部分量測項目（開路離群值、焊錫面積、鄰近離群值）的重複性約 30%，作者說不如預期）；工程論壇的專家問答〈Intermittent BGA Test Problems〉（頁面顯示 2010 年 11 月 29 日張貼、2018 年 1 月 11 日更新；本文用了推壓會通、正上方 X-ray 看起來正常、斜角 X-ray 應該可以不破壞確認；這是專家的經驗回覆，不是研究結論） |
| 抽樣的上限 | 100 片找到 5 片，上限約 10%；100 片零不良，上限 2.95%；150 片，1.98%；188 片，1.58%；2496 片，約 0.1% | IPC 研討會論文（Oliphant 等人） |
| 翹曲 | 業界常見的建議上限約 100 µm；該廠訂 ±50 µm；板子共面度 164 ± 25 µm 改版後低於 60 µm；JEDEC 的 JESD22-B112 只寫陰影疊紋；元件在回焊溫度下翹曲，粗篩可用玻璃板法 | IPC 研討會論文（Oliphant 等人）；錫膏廠的技術論文 |
| 封裝結構與臨界值 | 厚晶片的封裝翹曲峰值約 50 µm（240°C），無晶片與薄晶片超過 90 µm；翹曲大一倍，機率約三倍；熱膨脹係數不一致占翹曲九成以上（模擬）；臨界值空氣約 54 µm、氮氣約 101 µm | 《Materials Transactions》期刊論文（Zhao 等人，2015） |
| 印刷與貼裝 | 面積比低於 0.66 時，板子支撐與貼合特別重要；轉移效率；開孔放大 1 到 2 mil；周邊多印錫膏；錫膏量少，助焊劑燒掉的比例高；貼裝壓力、位置 | IPC 研討會論文（Scalzo；Oliphant 等人；Subbarayan 等人）；錫膏廠的技術論文；IPC-7095E 目錄（依 BGA 間距的鋼板厚度表；陶瓷陣列封裝的錫膏量範例表） |
| 爐溫曲線 | 低而短的浸潤，比高而長的好；更高更久的峰值沒有改善；浸潤與升溫時間是兩個關鍵的製程配方變數；TAL 與峰值是總熱量；曾有客戶多年超過元件額定溫度；中央與角落的大溫差，可做出枕頭效應 | IPC 研討會簡報（Shimamura 等人）；IPC 研討會論文（Oliphant 等人；Scalzo）；SMTA 研討會論文（Pandher 等人） |
| 氮氣 | 氧含量低於 500 ppm 的氮氣爐，188 片零不良；氮氣有效；氮氣擋新的氧化，除不掉已有的；臨界值變大 | IPC 研討會論文（Oliphant 等人；Scalzo）；IPC 研討會簡報（Shimamura 等人）；《Materials Transactions》論文 |
| 錫膏 | 五款無鉛錫膏，一款幾乎消除，一款多十倍以上；塌陷差的，不良多；重工機測試，兩款錫膏的不良比例差很大；錫膏受熱後活性衰退的速度不同；需要助焊的活性、抗氧化、黏性（拉絲長度）、抗塌陷、轉移效率 | IPC 研討會論文（Oliphant 等人；Subbarayan 等人；Scalzo）；SMTA 研討會論文（Pandher 等人） |
| 焊球 | 出廠前的氧化、儲存、拆封後在線時間、烘烤增厚氧化層；銀偏析；微量添加物（轉述，未驗證）；植球助焊劑水溶性風險較高；SAC105 球與 SAC305 錫膏的熔點差；水溶性錫膏配免洗球的問題 | IPC 研討會論文（Scalzo；Oliphant 等人）；IPC 研討會簡報（Shimamura 等人）；錫膏廠的技術論文 |
| 沾助焊劑 | 沾助焊劑，150 片零不良；加入助焊作用到元件上 | IPC 研討會論文（Oliphant 等人；Scalzo）；錫膏廠的技術論文 |
| 驗證的做法 | 三批各 832 片，共 2496 片，兩位通過屬性型量測系統分析的檢驗員撬開檢查；故意加壓：翹曲超過 90 µm 的元件、沒有銅平衡的板子、3 mil 鋼板，100 片零不良；實驗室落球法（Pandher 等人；錫膏廠的技術論文）與重工機單顆球法（Subbarayan 等人）；預先氧化 | IPC 研討會論文（Oliphant 等人；Subbarayan 等人）；IPC 研討會簡報（Shimamura 等人）；SMTA 研討會論文（Pandher 等人）；錫膏廠的技術論文 |
| BGA 的允收 | BGA 焊點的允收，依 IPC-A-610 與客戶規範；目錄列有表面黏著面陣列（BGA）的對位、焊點、空洞等條 | IPC-A-610J（目錄） |
| 查法 | 「先看位置，再決定先查哪一站」與「一次只改一件」是本文整理的查法與一般的做法，不是標準或論文的結論 | 本文 |
此為一般情況，仍需視個案而定。
例外與限制
- 年代與材料：本文用的公開資料，多半是 2009 年到 2015 年的，有些實驗用的是錫鉛錫膏，不是無鉛；今天的元件、錫膏與封裝已經不同，原因與對策可能不同。對照表是「先往哪裡看」，不是現在您那一款元件的結論。
- 廠商的論文與簡報：錫膏廠、焊料廠的論文與簡報，是該公司在特定材料與條件下的結果，不是通則；有些結果各研究並不一致，例如爐溫曲線的影響，有的實驗大，有的實驗小。
- 個案：OEM 個案與網通設備廠的論文，各是一家公司、一款元件的結果；樣本內零不良，不是保證。
- 翹曲量測的標準：JESD22-B112 在本文只是轉述 OEM 個案論文的說法，本站沒有讀到標準的原文。IEC 60191-6-19 本站讀到的是 IEC 標準預覽（經銷商提供；封面、目錄與範圍），最大容許翹曲的數值本站沒有讀到［參C］。
- IPC-7095E 與 IPC-A-610J：本站讀到的是 IPC-7095E 的目錄與第 1 章開頭預覽、IPC-A-610J 的目錄，條文請看官方原文；枕頭效應與空洞的判定值，本文不寫，請與客戶約定。
- 範圍：本文不談 BGA 拆下重焊、底部填充、重新植球，也不談回焊後其他長相的焊接不良。
- 白光結構光的量測：常溫下量，量板子與載具，不是元件在回焊溫度下的翹曲；精度與限制，以該頁面為準。
- 商品資訊：規格以各商品頁為準。
標準出處
本文引用之規範，請以各發布機構之現行版本為準。
- IPC-7095E《Design and Assembly Process Guidance for Ball Grid Arrays (BGAs)》BGA 的設計與組裝製程指引（目錄，封面 2024 年 8 月；列有枕頭效應、動態翹曲、爐溫曲線、錫膏、緩解做法與檢查方法的章節）（枕頭效應的條目：1.4.4 定義、3.5.8、7.8.5〔含 7.8.5.1 動態翹曲、7.8.5.4 緩解做法〕、9.4.14；取代 2018 年 6 月的 IPC-7095D 及其 2019 年 6 月的兩份修訂）
發布機構：IPC（Global Electronics Association） - IPC-A-610J《Acceptability of Electronic Assemblies》電子組裝件的允收條件（目錄，封面 2024 年 3 月；列有表面黏著面陣列焊點的條目）
發布機構：IPC（Global Electronics Association） - IPC 技術資源 E7／S30_02（Subbarayan 等人；頁尾標 © 2010，投影片標 IPC APEX EXPO 2010）：用重工機做出並降低枕頭效應的新方法（A Novel Approach to Experimentally Create and Mitigate Head-in-Pillow Defects）
發布機構：IPC 技術資源／研討會 - IPC 技術資源 E7／S30_01（Oliphant 等人；頁面沒有顯示日期，簡報頁標 IPC APEX EXPO 2010）：一家終端產品廠（OEM）的枕頭效應個案，含翹曲、錫膏、氮氣與抽樣上限（Head-On-Pillow Defect – A Pain in the Neck or Head-On-Pillow BGA Solder Defect）
發布機構：IPC 技術資源／研討會 - IPC 技術資源 E7／S15_02（Scalzo；頁面沒有顯示日期）：枕頭效應的供應、製程與材料因素（Addressing the Challenge of Head-In-Pillow Defects in Electronics Assembly）
發布機構：IPC 技術資源／研討會 - IPC 技術資源簡報，檔名 E6／S10_01（Shimamura 等人；頁面沒有顯示日期）：BGA 不沾錫的化學與機械因素續篇，含浸潤曲線、氮氣與植球助焊劑（Head-In-Pillow: Are we still Snoozing?；節錄自 SMTA 2009 與 2010 的論文）
發布機構：IPC 技術資源／研討會 - SMTA 研討會論文（Pandher 等人；頁面沒有顯示日期；檔名標 SMTAI Oct 2010）：判斷枕頭效應的方法與影響因素分析（A Procedure to Determine Head-in-Pillow Defect and Analysis of Contributing Factors）
發布機構：SMTA（表面黏著技術協會）研討會 - 《Materials Transactions》第 56 卷第 7 期（2015）論文（Zhao 等人）：封裝翹曲對枕頭效應的影響，含模擬與臨界值量測（Effects of Package Warpage on Head-in-Pillow Defect）
發布機構：日本金屬學會（The Japan Institute of Metals and Materials）期刊；作者來自清華大學等單位
參考資料
- ［參A］IPC-7095E《Design and Assembly Process Guidance for Ball Grid Arrays (BGAs)》目錄與第 1 章預覽（August 2024；1.1.1、1.4.4、2.1 引用文件、目錄 3.5.8／7.8.5／9.4.14、Supersedes 欄；同上方「標準出處」第 1 筆）
- ［參B］Head-On-Pillow Defect – A Pain in the Neck or Head-On-Pillow BGA Solder Defect（IPC 技術資源 E7／S30_01；抽樣上限 2.95%、0.1%；同上方「標準出處」第 4 筆）
- ［參C］IEC 60191-6-19:2010 Edition 1.0（2010-02-25）Mechanical standardization of semiconductor devices – Part 6-19: Measurement methods of the package warpage at elevated temperature and the maximum permissible warpage（IEC Webstore 頁）；IEC 標準預覽 PDF（經銷商提供；封面、前言、目錄、第 1 章範圍）
- ［參D］Shimamura 等人，Head-In-Pillow: Are we still Snoozing?（IPC 技術資源簡報 E6／S10_01；三條爐溫曲線的浸潤與峰值；同上方「標準出處」所列焊料廠簡報）
- ［參E］Wikipedia, Rule of three (statistics)
本文為一般情況的整理，不是標準條文的轉述，也不是對某一款元件、錫膏、設備或某一家廠商的背書，更不構成對您製程的保證。請以您客戶的規範、您的元件與錫膏規格書、標準的官方原文，以及您自己的驗證為準；此為一般情況，仍需視個案而定。