Wymiana komponentu BGA

Stosowana powszechnie technologia montażu układów BGA do których należą między innymi układy graficzne, mostki północne, mostki południowe, pamięci, układy multi oraz wiele innych zaawansowanych technologicznie układów scalonych , wymusiły na producentach stosowanie układów w obudowach BGA (ang. Ball Grid Array) obudowa z wyprowadzeniami sferycznymi w siatce rastrowej z wyprowadzeniami połączeń w postaci kulek lutu.

Jest to typ obudowy układów scaalonych stosowanych w technologii SMT (ang. Surface Mount Technology) – sposób montowania podzespołów elektronicznych na płytce obwodu drukowanego. Niewątpliwą zaletą tej technologii jest znaczne ograniczenie miejsca zajmowanego przez układ scalony poprzez lepszemu stosunkowi liczby wyprowadzeń do wymiarów obudowy oraz lepsze właściwości elektryczne. Do wad technologii BGA można zaliczyć między innymi niską odporność spoiwa lutowniczego na wstrząsy i uderzenia, brak możliwości inspekcji optycznej do wykonania oceny połączenia lutowniczego i konieczność wykorzystania inspekcji endoskopowej ( zdjęcie po lewej stronie ) lub rentgenowskiej ( zdjęcie po prawej stronie).

Kolejną wadą tej technologii należą generowania naprężeń w układzie scalonym podczas procesu lutowania oraz konieczność posiadania specjalistycznego sprzętu do lutowania w technologii BGA.

Większość uszkodzeń laptopów spowodowana jest powstaniem tkz. zimnych lutów lub mikro pęknięć pod układami BGA, powodujących brak połączenia elektrycznego. Na poniższych zdjęciach przedstawiamy pęknięcia kulek lutu pod komponentem BGA. Z lewej strony klasyczne pęknięcia pojawiające się przy standardowym użytkowaniu sprzętu. Zdjęcie z prawej strony przedstawia uszkodzenie na skutek upadku lub uderzenia. W tym przypadku widoczne jest rozciągnięcie kulki lutu i charakterystyczne rozerwanie połączenia na skutek wygenerowania dużej siły.

W zaawansowanych technologicznie komponentach BGA typu Flip Chip, Chip-on-Board oraz SPD Package pęknięcia występują często pod rdzeniem układu gdzie przeprowadzenie diagnostyki bez specjalistycznej aparatury jest niemożliwe z uwagi na ukryte połączenia pod korpusem układu.

Jako jedyny serwis w Polsce jesteśmy wyposażeni w profesjonalny endoskop umożliwiający przeprowadzenie kontroli w postaci endoskopowej inspekcji BGA. Dzięki temu po wstępnej kontroli jesteśmy w stanie ocenić czy przyczyną uszkodzenia jest pęknięcie spoiwa pod komponentem BGA czy też połączenia sa poprawne i należy wymienić komponent na nowy.

Prezentujemy Państwu poniżej przypadek usterki gdzie uszkodzeniu uległ komponent BGA chip graficzny. Na ekranie monitora widoczne są artefakty zarówno pomiary elektryczne jak i inspekcja endoskopowa nie wykazały pęknięć spoiwa lutowniczego pod komponentem BGA. W związku z powyższym w tym przypadku proces reballingu nie sprawdził by się, serwisant zadecydował o wymianie komponentu na nowy. Proces wymiany przeprowadzany jest zgodnie z międzynarodową normą IPC 7711A oraz IPC 7721 A w 9 etapach widocznych na zdjęciach oraz zakończony kontrolą połączeń w postaci endoskopowej inspekcji BGA.

1) Proces Grzania płyty głównej wraz z zamontowanym komponentem BGA, demontaż uszkodzonego komponentu BGA ( foto 1-2 )

2) Przygotowanie płyty głównej do zalutowania nowego komponentu BGA poprzez oczyszczenie pól lutowniczych z pozostałości spoiwa lutowniczego ( foto 3-4 )

3) Naprawa i ewentualne odtworzenie uszkodzonych pól lutowniczych płyty głównej, regeneracja solder maski. ( foto 5-6 )

4) Osadzenie oraz wypozycjonowanie nowego komponentu na wcześniej przygotowanej płycie głównej ( foto 7-8 )

5) Ustawienie odpowiednich profili lutowniczych dla danego układu oraz zalutowanie nowego komponentu BGA. ( foto 9-10 )

6) Na koniec przeprowadzana zostaje kontrola w postaci endoskopowej inspekcji BGA w celu sprawdzenia poprawności oraz jakości nowo utworzonego połączenia.

Tylko tak wykonany proces wymiany wraz z przeprowadzoną kontrolą w postaci endoskopowej inspekcji BGA daje 98% skuteczności oraz gwarancje poprawnego działania płyty. W prezentowanym przypadku proces lutowania nowego układu zakończył się pomyślnie. Połączenia lutowane w postaci kulek lutu pod wymienionym komponentem BGA są prawidłowe a wyświetlany obraz już bez artefaktów wyświetlany jest idealnie.

Należy jednak pamiętać że montaż w systemie BGA to technologia bardzo awaryjna z którą na dzień dzisiejszy mają problemy nawet producenci w szczególności dotyczy to układów graficznych gdzie występują wysokie temperatury. Coraz częściej już w fazie produkcji producenci stosują różnego rodzaju modernizacje w celu wydłużenia żywotności połączeń lutowanych w postaci kulek lutu ukrytych pod komponentami BGA. Jedną z takich modernizacji jest klejenie układów klejem do płyty głównej co w zamyśle miało zapobiec powstawaniu mikropęknięć.

Modernizacje te jednak nie sprawdzają się usterki pojawiają się w dalszym ciągu a klej stanowi jedynie dodatkowe utrudnienie dla serwisu ponieważ przed wykonaniem wymiany układu na nowy konieczne jest jego dokładne usunięcie. Powyższe uszkodzenia pojawiają się najczęściej w wyniku przegrzania komponentu BGA. Systemy wentylacyjne w laptopach nie są tak wydajne jak w jednostkach stacjonarnych. Wielu użytkowników nie wykonuje okresowego czyszczenia systemu wentylacyjnego co w wielu przypadkach zapobiegło by poważnym i kosztownym naprawą. Poniżej prezentujemy zanieczyszczony system wentylacyjny laptopa i zachęcamy do odwiedzania serwisu raz do roku a maksymalnie raz na dwa lata w celu przeprowadzenia czyszczenia i konserwacji.

W ostatnich latach z uwagi znaczący wzrost sprzedaży laptopów nastąpiło również znaczne zapotrzebowani na usługi serwisowe. Powstało wiele nowych serwisów laptopów nie posiadających wiedzy ani odpowiedniego wyposażenia aby świadczyć tego typu usługi. Niestety coraz więcej tak zwanych serwisów laptopów próbuje naprawiać opisane wyżej usterki przez grzanie podgrzewanie różnego rodzaju nagrzewnicami układów BGA.

Niestety w brew pozorom układy BGA są bardzo delikatne a proces lutowania przeprowadza sie w 4 różnych cyklach lutowniczych w zależności od typu układu BGA.

Każdy cykl jest bardzo istotny i nie można go skrócić bez wpływu na jakość połączenia.

1. Pierwszy cykl ma za zadanie wygrzanie układu i pozbycie się resztek wilgoci w celu wyeliminowania rozprysku kulek lutu.
2. Drugi cykl również bardzo istotny ma za zadanie rozpocząć aktywację topnika.
3. Trzeci cykl to doprowadzenie spoiwa do stanu ciekłego w celu zespolenia kulek lutu z powierzchnią płyty, zbyt krótki czas nie doprowadzi do rozpływu i poprawnego połączenia natomiast zbyt długi czas spowoduje efekt popkorningu oraz może doprowadzić zarówno do uszkodzeń płyty jak i układu na skutek powstania uszkodzeń laminatu .
4. Na koniec czwarty cykl ma za zadanie w odpowiednim czasie doprowadzić do zastygnięcia kulek lutu, zbyt krótki czas spowoduje spękania kulek lutu i tym samym krótka żywotność połączenia lutowanego.

Tak więc nie zastosowanie sie do odpowiednich procesów podczas lutowania może doprowadzić do uszkodzeń układów BGA a nawet nieodwracalnych uszkodzeń samej płyty głównej na skutek powstania delaminacji oraz wiskerów. Wystarczy bowiem przekroczyć o kilka stopni Celsjusza graniczną temperaturę, lub przekroczyć czas nagrzewania o kilka sekund aby doprowadzić do trwałego uszkodzenia płyty głównej poprzez rozwarstwienie laminatu.

Co istotne po przegrzaniu i rozwarstwieniu laminatu laptop może na początku działać poprawnie nie dając oznak niepoprawnie wykonanego procesu naprawy. Jednak w wyniku rozwarstwienia laminatu wystąpi wybrzuszenie które spowoduje niekontrolowane uniesienie układu BGA. W konsekwencji połączenie będzie nietrwałe w wyniku pojawienie się pustych przestrzeni widoczne na poniższym zdjęciu rentgenowskim z lewej strony, natomiast ponowne pojawienie się usterki to tylko kwestia czasu ( dla porównania poprawnie zalutowany układ widoczny na zdjęciu rentgenowskim z prawej strony).

Szanowny kliencie ostrzegamy przed takimi serwisami i jeśli nasza oferta cię nie przekona to zanim oddasz swojego laptopa do serwisu zapytaj czy jest on wyposażony w sprzęt do diagnostyki endoskopowej oraz maszyny do lutowania komponentów BGA, REBALINGU istotne jest również jaką dana firma posiada skuteczność lutowania w tej niewątpliwie problematycznej technologii.

FIRMA A&D SERWIS GWARANTUJE 95% – 98% SKUTECZNOŚCI LUTOWANIA BGA.

Dzięki diagnostyce p postaci endoskopowej inspekcji BGA ewentualne wady połączeń lutowanych jesteśmy w stanie wykryć bezpośrednio po procesie lutowania w serwisie a tym samym unikamy znacznej ilości zwrotów reklamacyjnych.

Zapraszamy.