Как таковой причины отвала в статье я и не увидел, и вот сейчас буду рассказывать как у меня получилось познакомиться с этим замечательным явлением и какие выводы для себя из этого сделал.
С чего всё началось
Дело было так давно, что уже деталей толком и не упомнить, но главным героем стал ноутбук с дискретной видеокартой NVidia семейства 8х00.
После самостоятельной диагностики выяснилось, что имеем в наличии отвал чипа и многочисленные советы с форумов, ютуба и т.п., которые говорили, что надо делать реболлинг( по форумным свидетельствам подвальных мастеров случай отвала кристалла от подложки редок в районе 5% хотя автор комментируемой таким образом статьи высказывает диаметрально противоположную точку зрения). С лечением вроде бы всё ясно, а как быть с профилактикой?
Кто виноват?
Оказалось, что серию 8х00 пришлось сразу на две новых технологии сказавшихся на сроке службы: изменения состава клея кристалла к подложке, и изменение состава припоя для шариков — он лишился свинца.Если с клеем как-то всё очень мутно, то с припоем уже проще. Вот тут и начался увлекательный процесс поиска информации про пайку.
Начнём с основы припоя-олова.
Из-за своей особенности при 13,2 °C менять тип кристаллической решётки (а за одно и плотность) в современности не используется в чистом виде для пайки, но в прошлом такая особенность стоила людям жизни. По мимо этой особенности хватает и других, например вместо сплавов олово любит образовывать интерметаллиды.
В том числе и с медью. Чем это заканчивается? Прошу прощения за Paint.
Тонкая прослойка между оловом и медью (а ещё практически любым другим металлом который используют на производстве в качестве проводника или покрытия, в том числе никелем) оказывается напичкана хрупкими соединениями.
Первоначально использовали сплав свинца и олова для пайки радиоэлектронной аппаратуры.Но что даёт нам свинец? Он снижает температуру плавления и «отвлекает внимание» олова на себя, при этом не создавая интерметаллидов — вот так всё «просто» (на самом деле не просто, да и интерметаллиды всё равно образуются хоть и в меньшем количестве и несильно сконцентрированы). Чего только не намешивают в бессвинцовые припои чтобы хоть как-то сделать их похожими на старый добрый(вот только не для монтажников) ПОС-61, но успеха по всем фронтам так и не добились, то температура плавления слишком большая, то припой хрупкий, то смачиваемость плохая, а то вообще ползёт под нагрузкой, при этом всегда стабильно дороже.
А ещё не маловажная особенность свинца в том, что припои с его содержанием пластичны, но не текучи — небольшие механические напряжения приложенные к паяному соединению не приводят к растрескиванию или «съезду», а ведь механические напряжения будут всегда (кстати как давно у вас кристалл процессора отваливался от подложки?) проблема в том что подложка нагревается относительно равномерно, а вот плата к которой она припаяна нет — из-за этого плату начинает «пучить» ещё раз простите за Paint:
Именно по этой причине отвал чипа распаянного на плате гораздо чаще чем отвал кристалла от подложки.
И какие из этого следуют выводы?
В первую очередь отвал чипа происходит из-за механических напряжений по месту пайки причём наиболее заметное влияние оказывают переменные напряжения.
Откуда они берутся — вибрация (в том числе и системы охлаждения) или циклическим нагреванием / охлаждением (термоциклирование). Из старого курсовика по машиностроению мне известно, что при циклических нагрузках срок службы:
L=k/(n·?^3.33)
где:
k — некоторая константа зависящая от кучи параметров
n — количество циклов
? — механическое напряжение
Отсюда следует вывод, что наибольший профит даёт уменьшение ?- то есть уменьшение вибраций или нагрева, но и n пренебрегать не стоит (вы никогда не задумывались почему большая часть электроники дохнет именно на включении? — Да стартовые токи больше, но и про нагрев с комнатной температуры до рабочей забывать не стоит, хотя иногда рабочая температура бывает такой большой что приборчик дольше проживёт если его выключать на время простоя) как я боролся с n и ? тема отдельной истории.
P.S. Пайка это почти что искусство, несмотря на длительное изучение проблемы, моя статья-комментарий очень поверхностное описание проблемы «отвал чипа», каждый год появляются новые публикации исследований (а сколько исследований не публикуют!?) вот и процессе написания статьи мне стало известно о более значительном влиянии термоциклирования в связи с рекристаллизацией припоя.
Комментарии (27)
Foolleren
20.01.2016 13:35По части что происходит чаще можно долго спорить, я привёл свою точку зрения- но чем тоньше и гибче подложка тем больше шансов что отвал придётся на кристалл(привет скайлайкам), по поводу ютуб мастеров- самому страшно смотреть на это, но насчёт флюса могу аргументировать — если отвал подложки то смысл есть, место излома шарика покрывается окислами и маловероятно, что нормально пропаяется без флюса.
На маленькой дискретке ноутбука ещё можно что-то изобразить строительным феном с регулировкой температуры, а вот паять уже большие видеокарты, и матплаты без спец оборудования никому не советую — неравномерный нагрев в процессе пайки только усубит механические напряжения в процессе эксплуатации, да и вообще может разорвать внутреннюю металлизацию.
Кстати, вам когда-нибудь попадался процессор под сокет с отвалом?
lenz1986
20.01.2016 13:44Кстати, вам когда-нибудь попадался процессор под сокет с отвалом?
Не совсем понял формулировку вопроса, старые сокеты бывало отваливались от платы, они тоже бга. Но там проверялось только сильным механическим прижатием.
На маленькой дискретке ноутбука ещё можно что-то изобразить строительным феном с регулировкой температуры
Вам видимо везло с платами, и не попадались ненавистные платы на зеленом, тонюсеньком текстолите :) На платах у которых тоненький текстолит при нагреве чуть выше 200-х градусов начинается деформация самой платы, она тупо начинает подниматься волдырем, в месте нагрева, и там уже отвал не отвал, а все дороги оторвет.Foolleren
20.01.2016 14:04+1Имелось в виду непосредственно отвал кристалла от подложки у процессоров которые вставляются в сокет, а не распаиваются на матплате.
Вам видимо везло с платами, и не попадались ненавистные платы на зеленом, тонюсеньком текстолите :)
Перед тем как жарить дискретку ноутбука, взял для тренировки(а ещё там радиодеталей в каждой на 500+ рублей) несколько мёртвых десктопных матплат на барахолке за символическую сумму 30р была даже такая у которой флюс затёк между слоёв и там закипел- матплата пошла волдырями синенькая абит, двоякие впечатления оставил старый асус 270 градусов на фене пластик начинает чернеть, а припой не плавится очевидно что производитель не пожалел меди и тепло рассеивалось по всей мп, гляжу на новые асусы- жёсткость текстолита напоминает тот самый «абит»,
Кстати говоря потом мне ещё этот старый асус послужил донором для пересадки керамических конденсаторов на новый
vladimir_open-dev
20.01.2016 14:00Процессоры e8500 и qx9650 отваливались — работали только с 1 ядром.
lenz1986
20.01.2016 14:06Вот отвал ядер для меня был и остается загадкой, на китайских телефонах качество пайки вечно паршивое, и что нибудь да отваливается, вот там я начал встречать такое что отваливается проц но на половину, или на треть. Телефон работает, но дико медленно, после ребола или прогрева начинает работать как положено.
lenz1986
20.01.2016 14:09Кстати сразу вопрос который меня волнует в данный момент времени :) Верю что фантазия но мало ли.
Как вы думаете получится ли сплав розе загнать под бга чип? чтобы он растекся под ним и снизил температуру плавления. Или это пьяный бред?)
Понимаю что теория и фантазия но уж больно интересно, на обычных то планарках розе свободно работает, а вот на бга получится ли…Foolleren
20.01.2016 15:16+1Если подумать, то можно соорудить подобие литейной формы тогда должно получиться, то бишь под бга чип суём трубку из под капельницы с одного и другого конца, герметиком заливаем края, и заливаем сплав розе пока не полезет с трубки на другом конце, и не забыть какого нибудь высокоактивного флюса залить немножко, + это всё надо греть и держать почти вертикально чтобы сплав розе равномерно заливал пространство под чипом, сложно, но теоретически возможно.
Но тут есть ещё одно НО, если на планарке вы визуально можете проконтролировать работу сплава, то с бга один не проваренный шарик — и попытка поднять чип скорее всего закончиться отрывом слоя металлизации что приведёт к неработоспособности чипа( если конечно не дубликат питания).
Плюс не забывайте, что слой металлизации на чипе может быть очень тонким и длительные процедуры в расплавленных металлах могут растворить его. Всё это конечно теоретические изыскания.
Ну допустим, всё это получилось — чип сняли, ставить на место всё равно придётся по нормальному и без приличной паяльной станции тут не обойтись (были у меня где-то наброски как из фена сделать паяльную станцию под матплаты, но в связи с отсутствием необходимости руки делать не дошли),
RomanSansay
21.01.2016 19:46Убрал пока статью, на которую ты написал эту ответную статью, потому что там нашел в ней большую ошибку, а началось все с малого и обсуждения сути потери контакта шариком. Я решил заточить один кристалл видеокарты и найти там UBM слои и увидеть как они подключаются: напрямую к топологии или через проводники на расстоянии. Увиденное меня крайне озадачило, потому что там не было UBM, хотя я был уверен что он там есть.
Площадка сама по сути является топологией кристалла. Материал проводников и площадки — медь. Для предотвращения окисления кристалл покрывается слоем пассивации. А открытый участок меди, на который сажается припойный шарик, покрывается золотом для защиты от коррозии. Там нет UBM, хотя я писал, что есть. Теперь надо переосмыслить процессы, приводящие к отвалу и подкорректировать статью.
lenz1986
Из личной практики я больше соглашусь с автором предыдущей статьи. Отвал кристалла от подложки, в моей практике бывает в разы чаще чем отвал подложки от материнской платы. Потому как вся диагностика отвала сводится обычно именно к прогреву кристалла, а не подложки. Да и к тому же прогреть подложку на температуре 250-300 градусов за 10 секунд, чтобы начал плавиться припой достаточно сложно. А кристалл как раз успевает прогреться.
Просто обычные «ютуб мастера» в своих роликах жарят чипы чуть ли не до покраснения, а чаще всего в роликах показывается что чип еще надо и пошатать, обязательно с обильным нанесением флюса «чтобы все плавало». Соответственно жарится все, и соседние детали тоже, да он оживает, в большинстве случаев, но он так же и оживает если дунуть только на кристалл для диагностики, без пошатываний и прочего бреда.