Наши партнеры ArtmMisto
Спробуємо внести ясність в терміни "прогрів", "Реболло", "пропайка контактів", "прожарювання" і т.д. щодо відеочипів nVidia, ATI та й інших теж. Стаття не претендує на оригінальність, але спробуємо доступною мовою розповісти що таке BGA і чому марно, а іноді і дуже шкідливо "пропоювати", "прожарювати", "прогрівати" чіпи в ноутбуках, хоча це в рівній мірі відноситься і до десктопних платам
В інтернеті на різних спеціалізованих і не дуже форумах, а так само на різних ютубі повно тим і відеороликів де пропонується лагодити плату ноутбука прогревом відео чіпа, північного моста, південного моста (Та взагалі гріють все що бачать) в результаті цього стали масово потрапляти в ремонт ноутбуки які народні "умільці" намагалися чинити цими варварськими методами. Результати як правило дуже плачевні - в кращому випадку чіп пропрацює недовго, пару тижнів - місяць і здохне остаточно, в гіршому - буде добита материнська плата, оскільки всі ці любителі погріти мають дуже туманне уявлення про технології та принципи BGA а так само не мають потрібного паяльного обладнання, гріють будівельними фенами не дотримуючись термопрофілей, або вже взагалі дикими саморобними конструкціями сподіваючись на авось - запрацює добре, не запрацює - ну так і було. Підсумок для клієнта досить сумний, можливо плата відновленню не підлягає, а потрап вона в грамотний сервіс вона була б успішно відремонтована.
Ось для прикладу, як намагалися погріти північний міст ATI 216-0752001 , Не знаю чим гріли, явно що то типу будівельного фена, профілі температури? ні, не знаємо. Від такого знущання чіп зігнуло і оторовало від плати лівий край:
Отже, що таке BGA:
У всій сучасній техніці використовується технологія пайки BGA - (взято з Вікіпедії)
BGA (англ. Ball grid array - масив кульок) - тип корпусу поверхнево-монтованих інтегральних мікросхем
Тут мікросхеми пам'яті, встановлені на планку, мають висновки типу BGA
Розріз друкованої плати з корпусом типу BGA. Зверху видно кремнієвий кристал.
BGA походить від PGA. BGA висновки являють собою кульки з олов'яно-свинцевого або безсвинцевого припою, нанесені на контактні площадки зі зворотного боку чіпа (мікросхеми). Мікросхему розташовують на друкованій платі, згідно з маркуванням першого контакту на мікросхемі і на платі. Далі, мікросхему нагрівають за допомогою повітряної паяльної станції або інфрачервоного джерела, за певним термопрофіль до температури при якій кульки починають плавитися. Поверхневий натяг на розплавленому кульці змушує розплавленийприпой зафіксувати мікросхему рівно над тим місцем, де вона повинна перебувати на друкованій платі. Поєднання певного припою, температури пайки, флюсу та паяльної маски не дозволяє кулькам повністю деформуватися.
Основним недоліком BGA є те, що висновки не є гнучкими. Наприклад, при тепловому розширенні або вібрації деякі висновки можуть зламатися. Тому BGA не є популярним у військовій техніці або авіабудуванні. Так само цього сильно посприяли екологічні вимоги про заборону свинцевого припою. Безсвинцевий припій набагато більш крихкий ніж свинцевий.
Частково цю проблему вирішує залитие мікросхеми спеціальним полімерним речовиною - компаундом. Він скріплює всю поверхню мікросхеми з платою. Одночасно компаунд перешкоджає проникненню вологи під корпус BGA-мікросхеми, що особливо актуально для деякої побутової електроніки (наприклад, стільникових телефонів). Також здійснюється і часткове залитие корпусу, по кутах мікросхеми, для посилення механічної міцності. Від себе додам що не малу частку в руйнуванні пайки BGA дає безсвинцевий припій який в порівнянні з традиційним свинцевим НЕ пластичний при застиганні.
Ось ця особливість BGA + безсвинцевий припій і є причина всіх бід. Відеочіп або севрений міст, а так само нове покоління процесорів які використовують BGA, в процесі роботи може нагріватися до 90 градусів, а при нагріванні ви все знаєте що матеріал розширюється, те ж саме відбувається з кульками BGA. Постійно розширюючись (при роботі) - стискаючись (після виключення) кульки починають тріскатися, площа контакту з майданчиком зменшується, контакт стає все гірше і врешті-решт остаточно пропадає.
Будова типового чіпа BGA:
схематичне:
А ось реальні фотографії взяті з сайту http://www.nanometer.ru/
Зліва фотографії до полірування, праворуч - після. Верхній ряд фотографій - збільшення 50x, нижній - 100x
Після полірування (фотографії праворуч) вже на збільшенні 50x видно мідні контакти, що з'єднують окремі структури чіпа. До полірування, вони, звичайно ж, теж проглядають крізь пил і крихту, що утворилася після різання, але розгледіти окремі контакти навряд чи вдасться.
Електронна мікроскопія
Оптична мікроскопія дає 100-200 крат збільшення, проте це не йде ні в яке порівняння з 100 000 або навіть 1 000 000 крат збільшення, яке може видати електронний мікроскоп (теоретично для ПЕМ дозвіл складає десяті і навіть соті частки ангстрема, проте в силу деяких реалій життя такий дозвіл не досягається). До того ж, чіп виготовлений по техпроцесу 90 нм, і побачити за допомогою оптики окремі елементи інтегральної схеми досить проблематично, знову-таки заважає дифракційну межу. А ось електрони укупі з певними типами детектування (наприклад, SE2 - вторинні електрони) дозволяють візуалізувати різницю в хімічному складі матеріалу і, таким чином, заглянути в саме кремнієве серце нашого пацієнта, а саме побачити стік / витік, але про це трохи нижче.
Друкована плата
Отже, приступимо. Перше, що ми бачимо - друкована плата, на якій змонтований сам кремнієвий кристал. До материнської плати ноутбука він припаяний за допомогою BGA пайки. BGA - Ball Grid Array - масив олов'яних кульок діаметром близько 500 мкм, розміщених певним чином, які виконують ту ж роль, що і ніжки у процесора, тобто забезпечують зв'язок електронних компонентів материнської плати і чіпа. Звичайно, ніхто вручну НЕ розставляє ці кульки на платі з текстоліту, (хоча іноді потрібно перекотити чіп, і для цього існують трафарети) це робить спеціальна машина, яка перекочує кульки по «масці» з дірочками, відповідного розміру.
BGA пайка
Сама плата виконана з текстоліту і має 8 шарів з міді, які пов'язані певним чином один з одним. На таку підкладку монтується кристал за допомогою деякого аналога BGA, давайте назвемо його «mini» -BGA. Це ті ж кульки з олова, які з'єднують маленький шматочок кремнію з друкованою платою, тільки діаметр цих кульок набагато менше, менше 100 мкм, що можна порівняти з товщиною людської волосини.
Порівняння BGA і mini-BGA пайки (на кожній мікрофотографії знизу звичайний BGA, зверху - "mini" BGA)
Для підвищення міцності друкованої плати, її армують скловолокном. Ці волокна добре видно на мікрофотографіях, отриманих за допомогою скануючого електронного мікроскопа.
Текстоліт - справжній композитний матеріал, що складається з матриці і армуючого волокна
Простір між кристалом і друкованою платою заповнене безліччю «кульок», які, по всій видимості, служать для відводу тепла і перешкоджають зсуву кристала зі свого «правильного» положення.
Безліч кулястих частинок заповнюють простір між чіпом і друкованою платою
А тепер висновки - Як уже говорилося вище, основна проблема BGA це руйнування кульок і зменшення "плями" контакту з підкладкою. Але - в 99% випадків це відбувається там де кристал припаяний до підкладки! оскільки гріється саме сам кристал і кульки там у багато разів дрібніше. "Відвалюється" саме кристал від підкладки а не сам чіп від плати! (Справедливості заради - дуже рідко зустрічається відрив чіпа саме від плати, але це дуже рідкісний випадок)
Так чому ж допомагає прогрівання і Реболло? - а він не допомагає. Від нагрівання кульки під кристалом розширюються, пробивають плівку оксиду і контакт відновлюється на некториє час. На який час - це лотерея. Може 1 день, а може і місяць - два. Але підсумок завжди буде один - чіп помре знову. Щоб відновити чіп потрібно Реболло кристал, а з огляду на розміри куль це скажемо так - не реально.
100% варіант ремонту - це заміна чіпа на новий.
Ми роздивились чіп nVidia , Але більшість вище сказаного відноситься до багатьох чіпам, в тому числі і ATI. З чіпами ATI ще цікавіше - сучасні чіпи ATI дуже погано ставляться до прогріванню фенами, було вже багато випадків коли деякі "сервіси" гріли чіпи ATI в надії що плата оживе, але вони вбили живі чіпи, а проблема відвічна була в іншому.
В якості висновку:
Реболлінг все таки застосовується в ремонті ноутбуків, наприклад помилково поставили не той чіп, не викидати ж його, чи часто буває з наголосом або упущені ноутбуками де чіп відірвало від плати. Так само часто потрібен Реболло коли під чіп потрапила рідина і зруйнувала кульки. Чіп зазвичай виживає. Ось приклади на фотографіях нижче, залитий ноутбук, кульки під чіпом окислились і втратили контакт. Реболло врятував ситуацію:
І наостанок пара фотографій як засмажили відеочіпи в одному сервісі, на першому фото гріли так що на чіпі з'явилися пухирі, на другому засмажили і відео, і північний міст, заливши плату якимось супер дешевим флюсом:
PS - Сучасні чіпи nVidia і ATI вже не оживають від прогріву. Але любителів прогріти це не зупиняє, гріють все чіпи поспіль, до міхурів, вбиваючи плату остаточно, і при цьому кажучи клієнтам розумні слова - "пропайка", "ребоулінг", але Ви прочитали цю статтю, і сподіваюся зробили правильний висновок!
PPS - Коментарі та вказівки на неточності вітаються.
А всього цього можна уникнути якщо вчасно проводити чистку та профілактику ноутбка !
