Как недорого починить отвалившийся BGA-чип

Хотелось бы предостеречь от последствий, которые могут возникнуть после прочтения статьи, а именно: перегрев, взорваных конденсаторов и полностью убитых зажареных плат. Товарищи! Не переусердствуйте! Этот способ менее затратен, но риск убить плату значительно выше.




Но для начала теории.

Основы BGA монтажа

BGA (Ball grid array — массив шариков) — тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем. BGA выводы представляют собой шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы. Микросхему располагают на печатной плате, согласно маркировке первого контакта на микросхеме и на плате. Далее, микросхему нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате. Сочетание определённого припоя, температуры пайки, флюса и паяльной маски не позволяет шарикам полностью деформироваться. BGA — это решение проблемы производства миниатюрного корпуса ИС с большим количеством выводов. Массивы выводов при использовании поверхностного монтажа «две-линии-по-бокам» (SOIC) производятся всё с меньшим и меньшим расстоянием и шириной выводов для уменьшения места, занимаемого выводами, но это вызывает определённые сложности при монтаже данных компонентов. Выводы располагаются слишком близко, и растёт процент брака по причине спаивания припоем соседних ног. BGA не имеет такой проблемы — припой наносится на заводе в нужном количестве и месте.

В чём причина поломок?

Наличие BGA чипов во всех видеокартах, материнских платах, etc. подразумевает под собой и повреждение BGA монтажа, а именно: повреждение в результате механических воздействий паянных соединений, отрыв шариков от монтажной платы, отрыв шариков от самого чипа, повреждение печатной платы, а именно отрыв контактной площадки от печатной платы. Из за перегрева, а так же механических нагрузок возможно повреждение самого чипа, что происходит гораздо чаще и внешне похоже на последствия повреждённого бга монтажа. Рассмотрим причины повреждений и их решения подробней:

• Типичный случай повреждения бга монтажа, шарик оторван от материнской платы, в наличии плохой контакт или отсутствие контакта вообще. Восстанавливается ребоулингом и прогревом, при прогреве возможно повторение проблемы, если места повреждений окислились и обработка флюсом невозможна, а так же возможно повторение проблемы из за следующих повреждений в других местах.
• Не менее типичный случай, отрыв шариков от контактных площадок, шарики остаются на материнской плате. Наиболее часто встречающийся вариант. Сам чип от которого отвалились шарики и площадки окислены (окисление происходит очень быстро), на шариках тонкий слой площадки чипа, всё это тоже окислено. Прогрев в данном случае невозможен, только ребоулинг.
• Более редкий случай, но тоже довольно часто встречающийся, а именно из за некачественных печатных плат, а так же механических повреждений происходит обрыв посадочных контактных площадок от материнской платы вместе с шариками. В данном случае помимо ребоулинга чипа требуется восстановление контактных площадок, прогрев соответственно бесполезен.
• Последний вариант, а именно повреждение самого BGA чипа. В данном случае из за механических повреждений, а чаще, перегрева самого чипа, происходит следующее: Кристалл чипа начинает отслаиваться непосредственно от корпуса чипа, появляются микротрещины в самом чипе и внутренних межслойных соединениях. Ни прогрев, ни ребоулинг в данном случае не помогут, замена чипа — однозначно. Визуально и даже под микроскопом повреждения не определяются, за исключением когда поверхность чипа слегка вздута из за перегрева. При небольшом нажатии на чип ноутбук может даже включиться. Существует ещё и возможность повреждения самой материнской платы, а именно, повреждения межслойных соединений, метализированных отверстий и микротрещин, но обычно это маловероятное событие, и хотя исключить его нельзя, мною не рассматривается, так как решение только одно — замена платы.

Существуют следующие способы для решения вышеуказанных проблем, а именно: замена чипа, прогрев чипа и ребоулинг чипа. Прогрев чипа, так же как и демонтаж чипа и пайка чипа производится на специализированном паяльном оборудовании и не в коем случае ни фенами, ни печками, ни прочими кустарными приспособлениями, что может повлечь за собой последующее повреждение материнской платы и невозможность дальнейшего ремонта.
Прогрев чипа заключается в помещении под чип минимального количества специализированного без отмывочного флюса, с последующем прогреве чипа на паяльной станции, до расплавления шариков bga монтажа с обязательным выдерживанием термопрофиля чипа. Ребоулинг (точный перевод с англ. Перешаровка ) заключается в демонтаже чипа, замены контактных шариков при помощи специальных трафаретов и специальной печки и последующая установка чипа обратно на материнскую плату. Замена чипа, это соответственно установка нового чипа в замен повреждённого или подозрительного.

Я не буду останавливаться на всех способах ремонта, а затрону лишь прогрев т.к. он не требует углублённый знаний и дорогостоящего оборудования. Прогрев BGA чипов. Помогает только в том случае если дефектный шарик отваливается от контактной площадки на материнской плате и места повреждения при этом, окислены не сильно, в случае если шарик отваливается от самого чипа как на вышеуказанных рисунков, то прогрев не поможет из за технологии пайки, а именно начальное плавление шариков происходит за счёт разогревания самого чипа. Способ крайне не надёжный и нежелательный из за невозможности визуального контроля. Ко всему прочему возможно частичное восстановление и проявление проблемы через короткое время.

Приступим …

Имею в распоряжении материнскую плату MSI MS-7310 K9N4 Ultra-F с признаками непропая южного моста (при надавливании на него плата заводится).



Нужно пропаять ЮМ. Для этого нам понадобится:

• Галагеновый прожектор
• Безотмывочный BGA флюс
• Фен
• /dev/hands или pryamieruki.dll

Готовим плату и место для прогрева

Предварительно сняв радиатор смазываем чип BGA флюсом (именно BGA и не вкоем случае не канифолью или ЛТИ-120). Для этого я использую шприц. Флюс следует «вдуть» под чип, для этого можно воспользоваться феном (я использую паяльную станцию)

Установка платы

Небольшое отступление. Для прогрева я использую галогеновый прожектор на 150 ватт (160 рублей), он способен разогреть плату до 200 — 230 градусов. Это именно та температура, которая нам нужна, она не повредит чип и плату и в тоже время расплавит шары на плате



Устанавливаем плату и включаем прожектор (для эффекта плату можно накрыть листом бумаги)

Процесс…

Греть нужно до тех пор, пока не поплывут SMD компоненты рядом с чипом. Проверить это можно покочав их иглой или пинцетом



Далее, даём плате остыть и моем её любым не водным растворителем жиров (я использую 646-ой растворитель или ацетон, реже спирт). Ставим радиатор, проверяем устанавливаем в корпус.

Автор статьи: http://loader.habrahabr.ru/
Оригинал статьи: http://habrahabr.ru/blogs/hardware/88136