通過BGA重植錫球修復(fù)損壞的筆記本電腦顯卡8400GS轉(zhuǎn)

1、通過重植錫球修復(fù)損壞的筆記本電腦顯卡2009-11-27上海第二工業(yè)大學(xué) 黃春暉微型計算機2009年11月上囹芯片維修畝已來通過重植錫球修復(fù) 損壞的筆記本電腦顯卡鼻視國金"就日；七寸加1上中1凡*k孕,機內(nèi)看題乂 *里電第* 電*-亡土=二曜EMlhM手可學(xué)（srnbl b MH? 'L方"用螭呈曲?¥1箝那內(nèi)!7+與，耳1 科曲ijrnW卜£9*“和|祝蹲巾耳著if真性僧揖府情 at.+=。/甘力|十收六*指收期i1渭 Jita trim t r 優(yōu)叫 dur 兄圖打?qū)W), 口a仲川橫春代乂£鼻七式t * /*克.舊為二uicn PC

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6、記本電腦散熱系統(tǒng)的設(shè)計就不難看出（只有處理器和顯卡采用了熱管散熱方式），處理器和顯卡是筆記本電腦內(nèi)部最需要加強散熱的配件。但部分機型出于設(shè)計方面的原因， 在散熱特別是獨立顯卡的散熱方面有所欠缺，從而導(dǎo)致顯卡芯片出現(xiàn)問題，其中有芯片直接損壞的情況，也有不少顯卡是由于BGA封裝核心的底部錫球脫焊而造成花屏或者黑屏現(xiàn)象。一般來說，碰到這樣的涉及到芯片級維修的操作，只能交由專業(yè)的售后部門或者維修店進行。但很多顯卡問題都是在過保后才出現(xiàn)，如果按常規(guī)思路去各個廠商售后部門進行維修，一般情況下都是更換主板，需要花費1000元2000元不等，價格不菲。如果去第三方維修店，可以選擇比較便宜的維修方式，例如做芯片

7、的BGA維修，一般需要花費 300元500元。雖然這種方式便宜很多，但是維修店往往只提供一個月的保修期限，并且可靠度依 據(jù)維修人員的技術(shù)水平而定，過一兩個月后再出現(xiàn)同樣的問題并不是沒有可能。那么，還有沒有其它的解決方案呢？答案是肯定的，那就是自己動手維修顯卡?，F(xiàn)在 的筆記本電腦主板，自檢功能比以前強大得多，短路了一般都會阻止通電，而且顯卡芯片的 封裝更好了，所以不必過于擔(dān)心操作失誤造成短路或者受熱擊穿。同時由于要符合RoHS規(guī)范，2006年后大多數(shù)筆記本電腦的主板都用的是高熔點的無鉛焊錫，所以，我們可以取巧 用低熔點的有鉛焊錫， 就更容易在不損壞主板的情況下焊接成功。因此只要有一定的動手能力，

8、搞清楚顯卡故障的原因，再配合一套合用的工具，就可以完成芯片級維修。雖然沒有專 業(yè)芯片級維修站那里方便快捷、安全可靠，但是如果嚴(yán)格依據(jù)科學(xué)原理并結(jié)合實際情況總結(jié) 出合適的方法，用廉價的工具達到專業(yè)芯片級維修站維修的效果也絕非癡人說夢。動手前的理論準(zhǔn)備我們首先要弄¥#楚什么是 BGA。BGA (Ball Grid Array )即球狀引腳柵格陣列封裝技 術(shù)，可以說是目前筆記本電腦上CPU、主板南/北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。由于在封裝的底部，引腳都成球狀并排列成一個類似于格子的圖案，由此命名為BGA。BGA封裝具有以下特點：1.1 /O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離

9、遠大于QFP封裝方式，提高了成品率；2 .雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善電熱性能；3 .信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率大大提高；4 .組裝可用共面焊接，可靠性大大提高。常見的BGA返修出現(xiàn)的問題：1 .焊接溫度不正確，過低會虛焊，過高會連焊、短路甚至燒壞IC、芯片等重要原件；2 .焊接溫度的曲線不正確，容易發(fā)生虛焊，錫球變脆等導(dǎo)致長期可靠性不高的結(jié)果；3 .熱風(fēng)焊接的話，有可能會損壞主板周圍的元件，導(dǎo)致故障面擴大；4 .主板上的微小電容電阻等元件受熱脫落，導(dǎo)致主板電路不完整故障面擴大。BGA封裝為芯片設(shè)計的小型化作出了突出的貢獻，但是這種封裝方式也為更換芯片帶

10、來了難度。因為芯片是直接用錫球焊接在PCB板上，不能插拔，而且由于引腳在芯片底部，因此不能直接焊接，也不容易檢查是否焊接成功。大型的 BGA返修基地，用的都是價值幾 萬元甚至幾十萬元的大型設(shè)備，普通用戶采用當(dāng)然不現(xiàn)實，筆者要介紹的是一種更簡單易操作的方法：用熱風(fēng)槍。不過在此之前，我們有必要先了解錫球焊接的相關(guān)知識。(感興趣的朋友不妨參考專業(yè)資料回流焊曲線講解，了解一下大型BGA返修臺的工作原理，對我們手動BGA很有參考意義。)理想的曲線（圖1）由四個區(qū)間組成，前面三個加熱、最后一個冷卻，大多數(shù)錫膏都能 用四個基本溫區(qū)成功回流：預(yù)熱區(qū)：也叫斜坡區(qū)，用來將 PCB的溫度從周圍環(huán)境溫度提升到所須的活

11、性溫度。在 該區(qū)，溫度以不超過每秒 2c5c速度連續(xù)上升，溫度升得太快會引起某些缺陷，如陶瓷 電容的細微裂紋，而溫度上升太慢，錫膏會感溫過度，沒有足夠的時間使PCB達到活性溫度。預(yù)熱區(qū)一般占整個加熱通道長度的25%33%。活性區(qū)：即干燥或浸濕區(qū)，這個區(qū)一般占加熱通道的33%50%,有兩個功用，一是讓PCB在相對穩(wěn)定的溫度下感溫，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上同質(zhì)，減少它們的相對溫 差。二是允許助焊劑活性化，揮發(fā)性的物質(zhì)從錫膏中揮發(fā)。一般普遍的活性溫度范圍是 120 c 150 C。回流區(qū)：也叫做峰值區(qū)或最后升溫區(qū)。這個區(qū)的作用是將PCB裝配的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度?；钚詼囟瓤偸潜群辖?/p>

12、的熔點溫度低一點，而峰值溫度總是在熔點上。典型的峰值溫度范圍是 205c230。C,這個區(qū)的溫度設(shè)定太高會使其溫升速率超過每 秒2c5C,或高于推薦的溫度，可能由此引起PCB的過分卷曲、脫層或燒損，并損害元件的完整性。冷卻區(qū)：理想的冷卻區(qū)曲線應(yīng)該是和回流區(qū)曲線成鏡像關(guān)系（函數(shù)曲線成對稱關(guān)系）。越是靠近這種鏡像關(guān)系，焊點達到固態(tài)的結(jié)構(gòu)越緊密，得到焊接點的質(zhì)量越高， 結(jié)合完整性越好。般來說，錫球（錫膏）回流焊接分為五個階段:1 .首先，用于達到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發(fā)，此時溫度上升必須慢（大約每秒3C）,以限制沸騰和飛濺， 并防止形成小錫珠。另外，一些元部件對內(nèi)部應(yīng)力比較敏感， 如果元件外

13、部溫度上升太快，會造成斷裂；2 .助焊劑活躍，化學(xué)清洗行動開始，水溶性助焊劑和免洗型助焊劑都會發(fā)生同樣的清洗行動， 只不過溫度稍微不同，其作用在于將金屬氧化物和某些污染物從即將結(jié)合的金屬和焊錫顆粒 上清除；3 .溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先單獨熔化，并開始液化和表面吸錫的燈草”過程，在所有可能的表面上覆蓋，并開始形成錫焊點；4 .這個階段最為重要，當(dāng)單個的焊錫顆粒全部熔化后，結(jié)合一起形成液態(tài)錫，這時表面張力 作用開始形成焊腳表面，如果元件引腳與PCB焊盤的間隙超過4mil （長度單位，1mil=0.0254mm ）,則極可能由于表面張力使引腳和焊盤分開，即造成錫點開路； 5.冷卻階段，如果冷卻快

14、，錫點強度會稍微大一點，但不可以太快而引起元件內(nèi)部的溫度應(yīng) 力。從這五個階段的要求來看，在焊接錫球的時候，不僅要保證溫度正確，而且要使溫度 的變化過程也正確。雖然 DIY用戶基本沒有可編程控制的溫度輸出設(shè)備，但是，可以通過 控制熱風(fēng)槍的溫度或調(diào)整熱風(fēng)槍和顯卡芯片的距離，來盡量滿足不斷變化的時間和溫度的需求。實際操作過程筆者手上有一臺出現(xiàn)花屏現(xiàn)象的SONY C22筆記本電腦，已經(jīng)花費500元BGA返修一次，無奈兩個月后再次花屏，現(xiàn)象一模一樣，結(jié)論是再次脫焊。考慮到再花 500元去返修不合算，而且由于本人親自觀看過簡單手動BGA的全過程，于是，花 500多元買了相關(guān)設(shè)備和耗材，直接自己進行 BGA

15、修理。準(zhǔn)備的主要工具：1 .國產(chǎn)安泰信8205大口徑熱風(fēng)槍（圖 2）,柔和旋轉(zhuǎn)風(fēng)；2.國產(chǎn)安泰信853A小型熱風(fēng)預(yù)熱臺（圖 3）;圖3準(zhǔn)備的耗材和小工具:1 .美國AMTECH助焊膏一管；2 .品牌0.5MM高鉛錫球2.5萬粒小瓶裝一瓶；3 .BEST精準(zhǔn)鐐子一把；4 .品牌銅絲吸錫帶一卷；5 .茶色隔熱膠帶一卷；6 .普通電烙鐵一只；7 .海綿兩片；8 .醫(yī)用酒精一瓶；9 .松香若干；10 .臺燈一個；11 .自制鋁合金支撐架；12 .訂貝GO 7400-N-A3 BGA 植球鋼網(wǎng)一片（不同型號的顯卡需要選用不同的鋼網(wǎng)）。Step1 :做溫度采樣實驗我們采用物理實驗里經(jīng)典的控制變量法，來收集

16、必要的數(shù)據(jù)，為緊接著的實戰(zhàn)操作做 準(zhǔn)備。由于本人沒有高溫測溫設(shè)備，所以無法測量芯片的實際受熱溫度。那么，要精確的掌握溫度，在完成拆焊操作的前提下盡可能的保護脆弱的電子元件，只有采用控制變量法， 記錄各個臨界情況下熱風(fēng)設(shè)備的控制溫度來掌握實際溫度。這樣就可以在不知道芯片實際受熱溫度的情況下，用可精確量化的相對溫度來把握實際溫度，完成各個加熱操作。用熱風(fēng)槍做溫度采樣實驗，以弄清楚在當(dāng)前溫度、濕度的環(huán)境下：1.所選用錫球的熔點控制溫度是多少？2 .錫球在顯卡芯片底部時，多少度剛好開始融化，多少度剛好完全熔化？3 .焊錫膏的活性溫度是多少，沸點是多少？4 .在顯卡芯片底部時焊錫膏的活性溫度是多少，沸點

17、是多少？實驗過程：（此部分提到的所有量化的溫度均為當(dāng)時熱風(fēng)熱備上溫控旋鈕刻度上指示 的溫度）1 .采集錫球熔點控制溫度將少量錫球放在水平放置的1元硬幣上，用風(fēng)槍加熱。風(fēng)嘴離錫球3cm,風(fēng)力調(diào)到3檔，溫度起始點為 250C,并用手緩慢的旋轉(zhuǎn)溫度控制旋鈕好讓溫度緩慢上升。同時用舊鐐 子不斷試探錫球，看是否融化。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，到325c時錫球變軟，350c時，鄰近錫球熔解成一個大錫球。由此可知，325c時錫球達到熔點。350c時熔化充分。2 .模才BGA焊接時，錫球的控制溫度將錫球夾在廢舊芯片和銅片之間， 熱風(fēng)槍風(fēng)力4檔，溫度300c起步并慢慢上升。 觀察 熔化情況，當(dāng)夾層突然變窄時，可知錫球已經(jīng)

18、熔化。記下這個溫度，標(biāo)注為T1 （此控制溫度用來取下顯卡芯片），筆者的測試結(jié)果是 375 C。重做幾次實驗，并在銅片上涂上焊錫膏，每次重復(fù)實驗都把最高溫度提高10C,冷卻后觀察是否焊接牢固， 然后用熱風(fēng)搶吹下已經(jīng)焊接的芯片， 觀察相鄰錫球是否連焊。 找到一 個最低的、焊接牢固同時錫球又不連焊的溫度， 記為T2。筆者測得的焊接控制溫度為 425C。3 .采集焊錫膏的控制溫度焊錫膏可以助焊，引導(dǎo)錫球焊接在正確的平面上，并攜帶熱量使受熱均勻，一定程度 上也可以防止虛焊、漏焊。但是焊錫膏在到達沸點時，會冒氣泡，導(dǎo)致錫球移位，所以焊錫 膏的控制溫度也要采集。在一片廢舊芯片和銅片之間，涂上一定量的焊錫膏，

19、用熱風(fēng)槍加熱并緩慢升溫。記錄 完全融化并四處擴散的溫度和沸騰的溫度。記為T3和T4。筆者實測為275c和450 Co這說明熱風(fēng)槍的最高溫度不能接近450 C o結(jié)合以上實驗，繪制溫度曲線（圖 4）。Step2 :取下顯卡芯片1 .首先要確保主板干燥，防止水氣在高溫下?lián)p壞主板把主板放在準(zhǔn)備好的支架上，用書本墊高預(yù)熱臺，讓預(yù)熱臺風(fēng)嘴正對顯卡正面，不開 加熱，冷風(fēng)吹半小時（圖 5）。圖52 .預(yù)熱主板，防止主板受熱變形先貼好隔熱用的茶色膠布，主板正反兩面都要貼，以保護顯存、顯卡芯片晶圓、電容、南北橋和各種塑料插口，并取下主板電池（圖 6）。預(yù)熱臺調(diào)到100 C,并用風(fēng)力4檔的風(fēng) 槍對整個主板掃風(fēng)，進

20、彳T低溫預(yù)熱，持續(xù)10分鐘（圖7）。圖6圖73.參考溫度曲線，用熱風(fēng)槍加熱顯卡顯卡正面朝上，預(yù)熱臺起始溫度100 C,熱風(fēng)槍起始溫度100 C,風(fēng)力4檔。準(zhǔn)備好秒表，每秒鐘同步旋轉(zhuǎn)預(yù)熱臺和熱風(fēng)槍的溫度控制旋鈕，模擬溫度控制曲線。 預(yù)熱臺溫度達到250c后保持不變，繼續(xù)提升熱風(fēng)槍溫度，在275c時維持一分鐘，并合理的移動風(fēng)嘴，使顯卡芯片均勻受熱。圖8圖9然后在半分鐘內(nèi)將熱風(fēng)槍勻速調(diào)整到425C,維持5秒鐘，用鋼絲輕輕推動顯卡芯片邊緣，感覺顯卡芯片可以移動時立即用鐐子將其夾起來，并放在安全的位置（圖8、圖9）。最后關(guān)閉所有加熱設(shè)備的加熱開關(guān)，用冷卻風(fēng)冷卻主板。顯卡芯片自然冷卻5分鐘。Step3 :

21、顯卡的植球1 .清潔顯卡芯片焊盤目的很簡單，就是為高質(zhì)量的植球和焊接做鋪墊。配合吸錫銅編織帶和電烙鐵，把顯 卡焊盤上的殘余錫全部吸干凈。具體方法是，用熱的電烙鐵頭壓住吸錫帶，吸錫帶接觸焊盤 的一面蘸一點助焊膏，在焊盤上來回慢慢移動，使舊錫球都被吸收在銅編織帶上（圖10）,并不斷剪掉吸滿錫的吸錫帶保證吸錫的效率。要注意電烙鐵溫度合適，溫度過高會損壞卡芯片內(nèi)部晶圓，溫度過低會讓吸錫帶粘在焊盤上， 容易在用力過度的情況下導(dǎo)致焊盤永久損壞。圖10圖11重復(fù)若干次，直到殘錫全部被除去，并用數(shù)碼相機拍照放大，檢查是否全部吸干凈。最后用酒精加海綿清洗焊盤幾次，使表面的助焊劑被完全清洗干凈（圖11）。2 .清

22、潔主板焊盤方法同上，只是要更加注意電烙鐵不要在焊板上停留過久，也不要誤觸到其他元件。3 .干燥顯卡和主板焊板，清潔植球鋼網(wǎng)用預(yù)熱臺出風(fēng)口對準(zhǔn)剛剛清潔過的顯卡和主板焊盤，不開加熱，冷風(fēng)干燥半小時。這 是保證植球時不發(fā)生水汽炸裂的關(guān)鍵（圖12）。最后用酒精浸泡植球鋼網(wǎng)5分鐘，并用預(yù)熱臺冷風(fēng)干燥（圖13）。圖12圖134 .正式植球在顯卡焊盤上用刷子涂上一層均勻的焊錫膏，再小心的蒙上植球鋼網(wǎng)。把錫球慢慢倒 在鋼網(wǎng)上，下面用陶瓷碗接住落下的錫球。用棉簽耨均勻，并除去多余的錫球。少數(shù)沒有錫 球的網(wǎng)孔，用鐐子夾住錫球放進去，最后就成成品了（圖14）。;: : 電皂3;.*¥、-七1-工。LI14

23、 i-ra-r ?-一，.:!.*L圖14鋼網(wǎng)不要取下，熱風(fēng)槍調(diào)到 350C,風(fēng)力3檔。把顯卡固定好，均勻加熱。觀察到錫球 全部變亮并有緩慢蠕動下沉?xí)r，再均勻加熱5秒鐘即可。自然冷卻 15分鐘后，取下鋼網(wǎng)，可以看到錫球基本已經(jīng)到位。用牙刷和酒精清洗焊盤，虛焊的錫球也會馬上掉下來。缺少錫球的位置用鐐子夾錫球補上，注意要再涂層焊錫膏，不用上鋼網(wǎng)，直接再用熱風(fēng)槍加熱。最后用數(shù)碼相機拍照放大，或用放大鏡檢查各個錫球是否大小和高度幾乎絕對一致。不合格的，哪怕只有一顆，就要用電烙鐵配合吸錫帶刷掉，然后再植球、檢查、清潔、風(fēng)干。如此重復(fù),直到錫球重植完美。一般來說，這個過程需要 12小時。最后得到完美植球的

24、顯卡。Step4 ：顯卡的回流焊將芯片對準(zhǔn)顯卡原來在主板上的位置，即顯卡芯片邊緣與白色四邊形方框幾乎絕對一 致（圖15）。圖15回顧一下之前設(shè)計的控制溫度曲線（圖4）,這個溫度對時間的函數(shù)嚴(yán)格來說是為回流焊服務(wù)的。與之前取下顯卡芯片的步驟一樣，首先干燥整個主板。預(yù)熱臺不開加熱，風(fēng)干半小時， 顯卡芯片也風(fēng)干半小時。然后，在主板焊板上均勻的涂一層焊錫膏，可以適量多涂一點。顯卡正面朝上并對準(zhǔn) 顯卡方框，再用一塊一元硬幣壓在顯卡芯片上提供適量的壓力以促進焊接。調(diào)整支架水平， 預(yù)熱臺起始溫度100C,熱風(fēng)槍起始溫度 100 C,風(fēng)力4檔，預(yù)熱5分鐘。預(yù)熱完成后，就開始按照回流曲線進行操作了，整個過程與之

25、前取下顯卡芯片很相似。準(zhǔn)備好秒表，每秒鐘同步旋轉(zhuǎn)預(yù)熱臺和熱風(fēng)槍的溫度控制旋鈕，模擬溫度控制曲線。 預(yù)熱臺到250c時，只旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)槍的溫度旋鈕。熱風(fēng)槍275c維持一分鐘，并合理的移動風(fēng)嘴，使顯卡均勻受熱。最后，在半分鐘內(nèi)熱風(fēng)槍勻速調(diào)整到425C,維持5秒，感覺焊錫膏有沸騰的趨勢，一元硬幣有下沉后，果斷關(guān)閉所有加熱設(shè)備的加熱功能，用余風(fēng)冷卻主板。最后用萬用表測試是否焊接成功（具體方法是測量主板顯卡位置附近一些相關(guān)檢測點的電阻，檢測點的位置和典型阻值最好參考一下相關(guān)的專業(yè)資料），或干脆直接把機器拼裝起來看是否成功。至IJ此，BGA返修基本完成。如果不成功，很可能是加熱溫度不夠，可適量提高加熱溫度上限

26、，進行再加焊。方法 是在之前的基礎(chǔ)上， 在顯卡邊緣注入適量焊錫膏，再走一遍控制溫度曲線。一般加焊一兩次就能成功，實在不行，全部重做，務(wù)必注意清潔、干燥、風(fēng)干等步驟不能省略。焊接過程中的一些注意事項和技巧1 .最需要耐心和細心的就是植球了，這是決定成敗的關(guān)鍵。 如果錫球中有一個大小或高度與其它的不一樣，就要想辦法修正。有瑕疵的錫球會影響B(tài)GA的成功率和長期可靠性，所以務(wù)必要修復(fù)。修復(fù)前要先除去有瑕疵的錫球。考慮到電烙鐵頭相對錫球來說體積太大， 不太可能剛好只碰到單個的瑕疵錫球，所以只好用電烙鐵配合吸錫帶除去包含瑕疵錫球的盡可能小的一整片錫球。若不小心碰到了計劃外要除去的錫球，那么這個錫球要等同于瑕疵錫球一樣處理。然后再重新給除去后的錫球位置植球，視修復(fù)植球的面積大小決定是否用鋼網(wǎng)植球，再次植球的最后加熱一定要充分和完全，加熱要照顧到所有錫球以保證錫球高度一致。2 .吸錫帶的使用技巧： 建議大家用一點剪一點， 盡量用新的吸錫帶來吸錫。如果吸錫帶不怎么吸錫，就涂一點焊錫膏在吸錫帶上，效果會好很多。另外要避免電烙鐵頭直接接觸焊 盤，以免燒壞焊盤使焊盤脫落。最后要注意用酒精和海綿清洗掉殘余焊錫膏并充分干燥。3 .茶色隔熱膠帶的使用技巧：茶色膠帶耐熱