Ребол і прогрів Міфи і реальність

Спробуємо внести ясність у терміни "прогрів", "Ребол", "пропайка контактів", "прожарка" і т.д. щодо відеочіпів nVidia та й інших теж. Стаття не претендує на оригінальність, але спробуємо доступною мовою розповісти що таке BGA і чому марно "пропоювати" і "прожарювати" чіпи в ноутбуках, хоча це в рівній мірі відноситься і до десктопним платам
В інтернеті на різних форумах, а так само на ютубі повно тем і відеороликів де пропонується полагодити плату ноутбука прогріванням відеочіпа (або іншого чіпа на якому є напис nVidia) в результаті цього стали масово потрапляти в ремонт ноутбуки які "умільці" намагалися лагодити цими методами. Результати як правило плачевні - в кращому випадку чіп пропрацює недовго, пару тижнів - місяць і здохне остаточно, в гіршому - вбита материнська плата, оскільки всі ці любителі погріти мають дуже туманне уявлення про технології та принципи BGA а так само не мають потрібного обладнання, гріють будівельними фенами не дотримуючись термопрофіль, або вже взагалі дикими саморобними конструкціями сподіваючись на авось - запрацює добре, не запрацює - ну й добре. Підсумок для клієнта сумний, можливо плата відновленню не підлягає, а потрапивши вона в грамотний сервіс вона була б полагоджена.

Що таке BGA:

У всій сучасній техніці використовується технологія 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 стався від PGA. BGA висновки являють собою кульки з припою, нанесені на контактні площадки із зворотного боку мікросхеми. Мікросхему розташовують на друкованій платі, відповідно до маркування першого контакту на мікросхемі і на платі. Далі, мікросхему нагрівають за допомогою паяльної станції або інфрачервоного джерела, так що кульки починають плавитися. Поверхневий натяг змушує розплавленийприпой зафіксувати мікросхему рівно над тим місцем, де вона повинна знаходитися на 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.
Почасти 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 припой який в порівнянні з традиційним свинцевим НЕ пластичний при застиганні.
Ось ця особливість BGA + безсвинцевий припой і є прічн усіх бід. Відеочіп в процесі роботи може нагрівал до 90 градусів, а при нагріванні ви всі знаєте що матеріал расшіраяюется, теж саме відбувається з кульками BGA. Постійно розширюючись (при роботі) - стискаючись (після виключення) кульки починають трескатся, площа контакту з майданчиком зменшується, контакт стнавітся все гірше і врешті-решт остаточно пропадає.
Будова відеочіпа nVidia
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 здатність становить десяті й навіть соті частки ангстрема, однак в силу деяких реалій життя таке 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 сток / 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 кріпиться 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 мікрочіпа. Звичайно, ніхто вручну НЕ розставляє ці кульки на платі з текстоліту, 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 друкованої платою заповнено безліччю «кульок», які, по всій видимості, служать для тепловідведення і перешкоджають зсуву кристала зі свого «правильного» положення.

Безліч кулястих частинок заповнюють простір між чіпом і друкованої платою

А тепер висновки - Як вже 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 нагріву кульки під кристалом расшіраяются, пробивають плівку оксиду і контакт відновлюється на 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 це враховуючи розміри куль скажімо так - не реально.
100% варіант ремонту - це заміна чіпа на новий.
Ми розглянули чіп nVidia, але більшість вище сказаного відноситься до багатьох чіпам, в тому числі і АТІ. З АТІ ще цікавіше - сучасні чіпи АТІ дуже погано ставляться до прогріву фенами, було вже багато випадків коли деякі "сервіси" гріли чіпи АТІ в надії що плата оживе, але вони вбили живі чіпи, а проблема відвічна була в іншому.
PS - Сучасні чіпи nVidia і ATI вже не оживають від прогріву. Але любителів прогріти це не зупиняє, гріють всі чіпи поспіль, до міхурів, вбиваючи плату остаточно, і при цьому кажучи клієнтам розумні слова - "пропайка", "ребоулінг", але Ви прочитали цю статтю, і сподіваюся зробили вірний висновок!
PPS - Коментарі та вказівки на неточності вітаються.