Компонентный ремонт материнских плат

Компонентный ремонт материнских плат

Компонентный ремонт — это ремонт связанный с поиском и заменой вышедших из строя дискретных элементов на платах (транзисторов, резисторов, конденсаторов, микросхем). В первую очередь инженер определяет неисправный блок, затем он проверяет работоспособность всех деталей (компонентов) и качество пайки на печатной плате этого блока. Когда при помощи различных применяемых методик оказывается найдена неисправная деталь, инженер меняет ее с помощью пайки.

крупные электронные компоненты на плате, собственной персоной

Компонентный ремонт является альтернативой всем известному блочному (или модульному). Наверняка многие, при ремонте автомобиля-иномарки, сталкивались с предложением замены двигателя или коробки передач. Здесь всё наоборот, ремонтируется непосредественно НЕИСПРАВНЫЙ МОДУЛЬ на более высоком уровне. При этом методе ремонта заменяются только неисправные радиодетали на плате. Данный способ гораздо дешевле для клиента, выполняется в сравнительно короткий срок в случае типовых, знакомых инженеру отказов и, конечно, при наличии запасных деталей. Зато требует высокой квалификации мастера и специфичного дорогостоящего паяльного оборудования (особенно в случае замены больших микросхем в корпусах BGA, об этом ниже).

К сожалению, данным методом невозможно обеспечить стопроцентную вероятность успешного ремонта, так как не всегда удается локализовать неисправный элемент, либо нет деталей на замену (так как сами изготовители ноутбуков считают платы неремонтопригодными и не поставляют отдельные микросхемы как запасные части), либо поврежден сам материал (текстолит) печатной платы, либо количество поврежденных элементов на плате несоизмеримо велико.

В лучших сервисах вероятность успешного компонентного ремонта составляет 80-90 процентов. Компонентный платный ремонт осуществляют некоторые авторизованные сервисы (чаще — производитель просто присылает новые модули) и большая часть крупных неавторизованных, для которых данный метод является основным. Как правило, аппарат, сломавшийся сам, а не подвергавшийся воздействию жидкостей, механическим повреждениям, действию высоких напряжений, а также неквалифицированному ремонту удаётся успешно отремонтировать.

Виды компонентного ремонта

  • «Первичный компонентный ремонт» — ремонт ноутбука, который ранее не подвергался диагностико-ремонтным работам на компонентном уровне клиентом, его знакомыми или же сторонними сервисными центрами).
  • «Вторичный компонентный ремонт» — ремонт ноутбука, который ранее подвергался диагностико-ремонтным работам на компонентном уровне вне зависимости от результата предыдущего ремонта.

Компонентный ремонт требует высокого профессионализма инженера, достаточного количества времени, специальных инструментов, расходных материалов и работы с подробной технической документацией.

Наиболее часто компонентный ремонт встречается при ремонте «материнских» (то есть — основных, «main») электронных плат. Соответственно, компонентный ремонт обходится дороже в части работы инженера производящего диагностику, демонтаж, поиск и монтаж новой детали. Однако в целом компонентный ремонт экономически более выгоден, т.к. не нужно платить за целый собранный новый блок.

Также к компонентному ремонту относятся, пайка соединительных разъемов на плате и замена образа микропрограммного обеспечения (прошивка)

Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей. Прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной плёнки и защиты от влияния атмосферной среды применяют различные спецсоставы — флюсы.

Прошивкой называется содержимое энергонезависимой памяти компьютера или любого цифрового вычислительного устройства — микрокалькулятора, сотового телефона, GPS навигатора и т. д., в котором содержится его микропрограмма. Прошивка памяти осуществляется при изготовлении устройства различными способами — например, установкой «прошитой» микросхемы памяти. Большинство устройств допускают перепрошивку — замену содержимого памяти. Способы перепрошивки могут быть самыми различными — от физической замены микросхемы памяти до передачи данных по беспроводным каналам.

Микросхемы в корпусах BGA (FCBGA)


Отдельной строкой в разновидностях компонентного ремонта хотелось бы выделить работу с большими микросхемами в так называемом исполнении корпусов BGA (характерно для материнских плат ноутбуков, системных блоков, телефонов, КПК, прочей современной техники). BGA расшифровывается как «Ball Grid Array», англ. «сетчатый массив шариков», альтернатива PGA — сетчатый игольчатый массив («с ножками») и LGA — сетчатый массив подложки, которые могут легко сниматься (как большинство современных центральных процессоров) методом отсоединения зажимов.

Шарики, размещённые определённым образом, выполняют ту же роль, что и ножки у процессора, обеспечивают связь электронных компонентов материнской платы и BGA-чипа. Конечно, на заводе эти шарики расставляет специальная машина, которая перекатывает шарики по «маске» с дырочками соответствующего размера. В мастерской-же, этот процесс происходит вручную при помощи специальных трафаретов и станков для них, применяемых как раз для точного расположения шариков припоя на контактах . Микросхемы в корпусах BGA припаиваются на плату очень специфичным способом: под управлением тщательно рассчитанного температурного профиля, станция поочередно воздействует на разные зоны платы, тем самым, шарики припоя, расплавляясь, соединяют контактные площадки микросхемы и печатной платы. Такая пайка производится с помощью дорогостоящих паяльных станций, а в работе используются специальные материалы: припой различного размера, паяльные пасты, флюсы.

Основные проблема выхода из строя BGA-чипов:

схематичное строение микросхмы в корпусе BGA (сверху иногда бывает установлена крышка, как на современных настольных процессорах Intel и AMD)

  1. Длительный ПЕРЕГРЕВ. Разрушение шариков припоя в месте контакта кремниевого кристалла с корпусом-подложкой, в следствие длительного перегрева. Поскольку греется именно сам кристалл и шарики там во много раз мельче. «отваливается» именно кристалл от подложки (а не сам чип от платы, как это принято думать в различных «прогревочных» мастерских).
  2. Короткое замыкание, «пробой» питающих или логических элементов или иные повреждения цепей питания на плате. Иными словами: на чип каким-либо образом поступило напряжение не расчитанное для его работы.
  3. Целенаправленное, физическое сжигание чипа паяльным или строительным феном при проведении неквалифицированной диагностики неопытным мастером, в надежде, что оборудование «оживёт».

Повреждения чипов в п.2 и п.3 часто встречаются в ремонтах вида «отдавали знакомому мастеру посмотреть».

А от п.1 можно «застраховаться» своевременной профилактикой ноутбука.

Иногда, в случаях сильного механического воздействия на аппарат, сама микросхема остается вполне работоспособной, но при деформации или ударе платы нарушился контакт в месте пайки, в этом случае помогает снятие и повторная установка компонента BGA (так называемый «реболлинг»). Здесь необходимо отметить, что устранение нарушения контактов пайки таких корпусов будет надежным только при полноценном реболлинге: снятии микросхемы, накатке новых шариков припоя и припайке на плату строго в соответствии с температурной программой паяльной станции.

отбитый чип пытались прогреть, в надежде, что аппарат «оживёт»

Практикуемый же многими сервисами так называемый «прогрев»: закачка флюса под микросхему (по желанию) и прогрев ее паяльным феном может дать только кратковременный эффект и через пару месяцев, а может быть и дней, дефект проявится снова. Таким образом, заплаченные за такой «ремонт» деньги будут выброшены на ветер.

100% единственный вариант ремонта — это замена чипа на новый.

читатель, помни: в нашем сервисном центре «прогрев» считается только диагностикой!

Так почему же иногда, старым микросхемам (выпущенные от 4 до 9 лет назад) помогает «прогрев» и «реболл»? А он вовсе и не помогает. От нагрева шарики под кремниевым кристаллом расширяются, пробивают пленку окисла и контакт восстанавливается на время. На какое время — это лотерея. Может 1 день, а может и месяц или даже два. Но итог всегда будет один — чип сломается снова. Чтобы восстановить чип — нужно «реболлить» кристал, а это, учитывая микроскопические размеры шаров (тоньше волоса), ПРОСТО НЕРЕАЛЬНО.

В случае перегрева материнской платы вы можете:

1. Снять и смазать вентиляторы на радиаторах охлаждения южного или северного моста;

Читайте также  Подоконник размеры

  • Снятие вентилятора
  • Смазка вентилятора

2. В случае необходимости установить дополнительные вентиляторы на радиаторы охлаждения южного или северного моста;

  • Радиатор северного моста
  • Установка вентилятора

Примечание. Температура нагревания южного и северного мостов в штатном режиме довольно высокая, поэтому не пытайтесь определить перегрев только прикоснувшись к ним рукой. Делайте это с помощью специальной программы.(показать подсказку / открыть статью полностью)

Методы демонтажа

Известно, что температура плавления припоя составляет 185-195°С. У бессвинцового припоя, который часто используют для материнских плат – приблизительно 232°С. Соответственно, температуру жала паяльника необходимо выставить на уровне 300°С. Этого будет вполне достаточно, чтобы расплавить припой и не перегреть конденсатор и соседние компоненты.

У каждого мастера есть свой метод для того, чтобы быстро выпаять конденсатор. Проще всего жалом паяльника прогреть припой в месте крепления конденсатора на плате и достать конденсатор. Рекомендуется выпаивать конденсатор из платы, поочередно нагревая один, а потом другой его вывод, по кругу, пока от припоя полностью не освободятся оба вывода. Удобно придерживать конденсатор монтажным пинцетом. Так мы защитим руки от влияния высокой температуры.

Нажимать жалом паяльника на вывод конденсатора не нужно. Как только припой расплавится, конденсатор можно легко достать, не прикладывая особых усилий.

Дело усложняется тем, что на материнских платах, как правило, используется бессвинцовый припой. Температура плавления его выше, чем обычного припоя типа ПОС-60 или ПОС-63. Чтобы упростить задачу, берем каплю припоя на жало паяльника. И уже жалом с горячим расплавленным припоем касаемся вывода конденсатора на плате. Так мы достигаем максимального уровня прогревания, а также «разбавляем» бессвинцовый припой и искусственно снижаем температуру плавления припоя.

Материнскую плату можно дополнительно прогреть термофеном паяльной станции. Это делаем для того, чтобы припой нагрелся до температуры плавления не от комнатной температуры. Точнее, прогреть часть платы, на которой установлен неисправный конденсатор. Прогреваем равномерно и осторожно, чтобы не перегреть плату.

Удобно пользоваться вспомогательными средствами. Припой с места контакта конденсатора с платой убираем при помощи медной плетеной ленты для выпайки. Ее роль можно сравнить с губкой – лента вбирает в себя расплавленный припой не оставляя его на плате. Намочим ленту флюсом, размещаем в месте контакта, разогреваем жалом паяльника. Припой собирается на ленте, а выводы конденсатора освобождаются. Теперь можем легко вытянуть конденсатор из платы.

Следующий метод можно назвать упрощенным демонтажным паяльником. Жалом паяльника расплавляем припой, затем собираем его оловоотсосом. Оловоотсос – это трубка с узким соплом и поршнем с пружиной внутри. Мы сжимаем пружину и фиксируем в этом положении. Нажимаем на спусковую кнопку. Пружина резко возвращается в предыдущее положение и тянет поршень за собой. В трубке создается давление, которое через узкое сопло втягивает воздух вместе с расплавленным припоем внутрь.

Итак, зажимаем пружину. Разогреваем и расплавляем припой паяльником. Устанавливаем сопло оловоотсоса на припой, и жмем спусковую кнопку. Расплавленный припой под давлением, которое создает поршень, попадает во внутренний резервуар. Ножки конденсатора освобождаются. Достаем его. Остатки припоя можем также собрать лентой для выпаивания

Кстати, этот инструмент часто используют для выпаивания многовыводных компонентов. Например, микросхем в DIP-корпусах.

Технология

Процесс выполнения работы состоит из 3-х основных частей: выпаивание старого элемента, очистка платы от лишнего припоя и монтаж новой детали. Рассмотрим эти этапы отдельно.

Демонтаж старого компонента выполняется в определенной последовательности.

  1. Перед снятием по краю корпуса микросхемы на плате нанесите риски, определяющие ее положение. Например, иголочкой аккуратно оставьте царапины. Достаточно отметить 2-е перпендикулярные стороны.
  2. Установите на паяльной станции температуру нагрева. Она должна быть 345–350 градусов. Скорость потока воздуха желательно выбрать наименьшую.
  3. Нанесите флюс на паяльный шов.
  4. Прогрейте место соединения детали с платой. Греть надо 3–5 минут, пока не расплавится припой (это сразу будет видно). Если он не плавится – повысьте температуру на 5 градусов.
  5. Греть нужно не только по центру компонента, а еще и по периметру микросхемы. Пройдитесь феном по всей длине паяльного шва.
  6. Когда припой расплавится, уберите старую деталь. Для этого подденьте ее пинцетом и поднимите вверх. Вместо пинцета можно использовать плоскую отвертку, но есть риск повреждения платы. Если деталь «не идет» – значит, припой не расплавился. Продолжите нагрев.

Важно! Поднимать старую деталь нужно строго вверх, не допуская ее перемещения в стороны. Иначе расплавленный припой замкнет соседние контакты, и удалить его будет непросто.

Или еще хуже – от платы оторвется дорожка, восстановить которую еще сложнее.

Далее переходим к подготовке контактных площадок платы.

  1. Расплавьте припой на месте контакта.
  2. Если есть шприц, удалите с его помощью лишний металл.
  3. Если шприца нет, воспользуйтесь медной оплеткой. Для этого минимально распушите ее, чтобы были видны поры. Далее обильно покройте ее флюсом, приложите к месту соединения и прогрейте феном или паяльником. Оплетка впитает в себя лишний металл. После этого остается отрезать ненужную ее часть.

Следует полностью освободить плату от припоя.

Далее переходим к подготовке детали. Главная задача – нанести на контакты припой в виде шариков одинакового размера (это называется реболлинг). Для этого воспользуйтесь трафаретом.

Трафарет – это металлическая пластина со множеством отверстий, в которые ножками вставляется деталь.

Для его использования проделайте следующее.

  • закрепите радиокомпонент на трафарете специальной изолентой;
  • с тыльной стороны шпателем нанесите паяльную пасту;
  • установите температуру нагрева 300 градусов;
  • прогрейте деталь вместе с трафаретом, а когда появится характерный блеск, то отключите нагрев;
  • дайте полностью остыть компоненту;
  • уберите изоленту;
  • включите нагрев 150 градусов, прогрейте деталь и аккуратно освободите ее из трафарета.

Внимание! Паяльная паста должна быть качественной, иначе припой не сможет закрепиться на контактах. При выборе пасты нагрейте ее небольшое количество.

Качественная паста образует большой гладкий шарик, а бракованная – распадается на множество мелких. При этом повышение температуры ей не поможет, и шов будет плохой.

После этого переходите к установке нового радиокомпонента.

  1. Нанесите небольшое количество флюса.
  2. Точно наложите новую деталь на плату. Ориентируйтесь на риски и на ощупь постарайтесь расположить микросхему на наибольшей высоте, чтобы шары на ней соответствовали контактам на плате. Можете ориентироваться на просвет между платой и деталью, для этого посмотрите на шов сбоку.
  3. Если рисок нет, то переверните микросхему выводами вверх и приложите ее краешком к пятакам платы, после этого засеките положение детали. Затем установите элемент по этим засечкам.
  4. Настройте температуру 345–350 градусов и прогрейте элемент. Припой должен ярко заблестеть и залить каждый контакт. Важно! Как и при снятии, прогревать компонент надо не только по центру, но и по периметру. Обойдите феном весь шов по длине.
  5. Дождитесь полного остывания припоя. Место пайки желательно протереть спиртом.

После этого остается только проверить плату на работоспособность.

Особенности паяльников для микросхем

Одной из главных особенностей таких моделей является форма жала. Именно наконечник является основным рабочим инструментом. В зависимости от его формы и прочих особенностей можно понять, как именно будет работать устройство и для каких целей оно предназначено. Форма не единственный параметр, выделяющий паяльник для электроники среди остальных. Размер становится еще одним фактором, выделяющим этот тип устройств на фоне остальных. Маленький паяльник для микросхем позволяет проводить основные операции для работы с ними, тогда как большие стандартные модели оказываются достаточно грубыми для такой работы. Это же сказывается на мощности изделия. Для каждого вида работ мощность должна быть соответствующей, чтобы ее хватало для расплавления контактов, но чтобы паяльник ничего не пережигал.

Читайте также  Украшения своими руками

Инструменты, которые нам понадобятся

Многие инструменты могут уже быть в наличии радиолюбителей, занимающихся изготовлением самоделок. В противном случае их придется приобрести или сделать самостоятельно из подручных материалов.

Поэтому прежде чем выпаять радиодеталь обзаведитесь такими приспособлениями:

  • Паяльник нужной мощности и конструкции для прогревания контактов радиодеталей. Можете взять готовый, а можно изготовить своими руками, процесс изготовления детально изложен в следующей статье: https://www.asutpp.ru/payalnik-svoimi-rukami.html
  • Пинцет или зажим – применяются для манипуляций с радиодеталями. Позволяет придерживать элементы с помощью пинцета, фиксировать их положение и осуществлять дополнительный отвод тепла, когда вы пытаетесь их выпаять.
  • Иглы трубчатой формы – продаются готовые, но если таковых нет под рукой, их можно заменить обычной медицинской иголкой от шприца, главное, чтобы внутренний диаметр надевался на ножку радиодетали. Кроме иголок можно использовать трубки или гильзы, с их помощью разогретые радиодетали отделяются от припоя.

Рис. 1. Набор иголок для пайки

  • Демонтажная оплетка – также выступает вспомогательным средством, если вам нужно выпаять те элементы, которые имеют большое количество ножек на печатной плате. Можно как приобрести готовую, так и изготовить ее своими руками.

Рис. 2: демонтажная оплетка

  • Оловоотсос – устройство для удаления припоя с места крепления, позволяет быстро выпаивать большое количество радиодеталей. Конструктивно включает в себя вакуумную колбу, обратную пружину и поршень, приводимый ею в движение. Помимо приобретения заводской модели, можно изготовить оловоотсос своими руками.

Рис. 3. Оловоотсос

Неискушенные электрики могут возразить, что такого количества инструментов для выпаивания радиодеталей будет слишком много. Ведь пайка выполняет при помощи обычного паяльника, но все вышеперечисленные приспособления помогут вам выпаять нужные элементы и быстро, и аккуратно. Это особенно актуально при больших объемах контактных ножек в плате. Теперь рассмотрим применение каждого из описанных выше инструментов на практике.

Безопасная работа с полупроводниковыми радиодеталями

Перед тем, как отпаять деталь с платы паяльником, необходимо знать следующее. Полупроводниковые элементы крайне чувствительны к перегреву. Также дорожки на печатной плате при высокой температуре или превышении длительности пайки могут отслоиться от подложки или оборваться, что еще хуже.

Температурные условия

Температура жала паяльника должна составлять 200-250⁰С. При большей температуре могут произойти отслоение печатных дорожек и перегрев микросхемы. Такие же цели ставит время пайки одной ножки – не более 3-х секунд.

Обратите внимание! Некоторые сайты советуют для демонтажа ориентироваться не на температуру, а на мощность паяльника. Это неправильно. Температура у них одинакова, просто менее мощный может не справиться с плавлением припоя у вывода за счет интенсивного теплоотвода, а слишком мощным легко перегреть выводы и плату. Оптимальный вариант – паяльник мощностью 40 Вт.

Многие микросхемы чувствительны к статическому электричеству. Работать необходимо с надетым электростатическим браслетом и с заземленным инструментом.

Чем опасны микротрещины в пайке в работающих устройствах

Самое опасное в микротрещинах – это искрение и воздушный пробой в работающей электронике. Все это сопровождается пожароопасными искрами, громкими хлопками, едким дымом, нагревом и плавлением пластика. Это опасно для человека.

Для электронной схемы это опасно выходом из строя силовых транзисторов, дорогостоящих процессоров и выгоранием дорожек платы. В общем, приятного мало и ведет к дорогостоящему ремонту. На фото показаны дефекты пайки smd компонента (резистора) и неоднородности в BGA-шариках.

Микроскоп бинокулярный

Для начинающего мастера по ремонту телефонов хорошим вариантом будет микроскоп СМ0745. Бинокулярный микроскоп с фокусным расстоянием 145 мм (при установке рассеивающей линзы Барлоу). Назначение системы линз, увеличение фокусного расстояния при сохранении рабочей зоны.

  • Плавное увеличение, достигается использованием кремальеры.
  • Линзовая система изготовлена из стекла, а не из пластика.
  • Возможность укомплектовать голову микроскопа разными столиками и штативами.
  • Увеличение до 45Х.

Микроскоп для пайки плат