Tehnologia BGA-Defecte tipice

sâmbătă, decembrie 2, 2017 Electronics

Tehnologia BGA-Defecte tipice

Procesoarele cu conexiune BGA (ball grid array) sunt raspandite in 95% din aparatura electronica. Cateva avantaje ale acestui tip de capsula sunt miniaturizarea, racirea si cea mai rapida metoda de a realiza sute de conexiuni in cateva secunde.

In acest articol nu fac referire la montarea corecta a procesoarelor BGA pe placa.. am depasit de mult timp etapa „soldering”

Interesul pentru BGA-uri a aparut din facultate, cand, reparand laptop-uri observam ca din ce in ce mai multe au probleme cu aceste procesoare.
La vremea respectiva toata lumea vorbea despre aparitia fisurilor in conexiunile externe de fludor (sub procesoarele BGA). De aici toata lumea cauta si face acum REBALLING sau REFLOW!

Tehnologia BGA-Defecte tipice

Sectiune BGA

Dupa cativa ani de studiu, am ajuns la concluzia ca fisurile NU apar in acele bilute de conexiune de sub chip. Defectele apar in chip, mai exact intre pastila de siliciu si suportul PCB al chipului. Din pacate, acolo nu se poate interveni fara a distruge procesorul.

Cunoastem faptul ca toate procesorarele cu putere mare de calcul (GPU, CPU) au puteri cuprinse între 30 și 100 W. Un calcul simplu o sa demonstreze de ce defectele apar in pastila de siliciu. Tensiunea de alimentare fiind cuprinsa intre 0.8 si 1.4 V, curentii pot ajunge pana la valori de 100 A (Puterea (P) = tensiunea (U) * curent (I))

Pentru a distribui un curent atat de mare pe o suprafata de cativa mm patrați, sectiunea conductoare trebuie sa fie mare. Aceasta este realizata prin asa-numitele BUMPERE.

Bumperele sunt acele conexiuni (tot din fludor) intre pastila de siliciu si suportul chip-ului. Se pare ca din cauza stresului termic, cu timpul acestea incep sa se fisureze slabind contactul electric.

Odata ce sectiunea prin care se alimenteaza pastila de siliciu se micsoreaza, creste rezistenta electrica intre pastila de siliciu si suportul procesorului. Acest lucru duce la incalzirea si mai puternica a chip-ului atunci cand este solicitat.

Fenomenul l-am studiat timp de cativa ani si am observat ca la un procesor functional, dar cu bumpere fisurate, imediat dupa atribuirea unui calcul care-l solicita la maximum, temperatura in chip creste cu 10-30 grade Celsius in mai putin de 3 secunde. Acelasi test facut cu un chip nou, nu va creste temperatura cu mai mult de 10 grade in interval de 3 secunde.

Tehnologia BGA-Defecte tipice

Procesor BGA (GPU)

Tehnologia BGA-Defecte tipice

Pastila de siliciu (chip) demontata de pe suport

Tehnologia BGA-Defecte tipice

Partea interioara a pastilei de siliciu

Tehnologia BGA-Defecte tipice

Pastila siliciu la microscop

 

 

 

 

 

 

Pe langa acest studiu am realizat o baza de date cu utilizatorii ale caror laptopuri au fost reparate prin reballing/reflow si cei carora le-am montat componente noi.

Concluzia? 95% din placile de baza reparate prin reflow/reballing s-au defectat intr-un interval mai mic de 6 luni; iar cele la care a fost inlocuit procesorul cu unul nou, durata de functionare dupa depanare a crescut considerabil la cel putin 24 luni – o veste excelenta, pentru ca vreau sa realizez numai reparatii de calitate!

Poate unii se vor intreba: de ce un chip defect, dupa o reincalzire (reflow sau reball) functioneaza? Raspunsul este simplu: Reflow sau reball presupun incalzirea chipului pana la topirea aliajului de lipire. Odata cu el, se topesc si adera din nou si BUMPERELE de conexiune. Astfel procesorul se va alimenta corect si va functiona corect o perioada de timp.. dar in stres termic mare. Din aceasta cauza orele de functionare sunt limitate.

Nu sunt adeptul reparatiilor de proasta calitate. Aud adesea: „Fa-i doar o relipire sa-l vand !”
Tehnologia BGA-Defecte tipice

Lasa un raspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *