| » Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Почему нет смысла реболить чипы NVIDIA и описание процесса временного восстановления чипа от нагрева
Обзор упаковки чипа FC-BGA. Причины, следствия, выводы. Почему нет смысла реболить чипы NVIDIA и описание процесса временного восстановления чипа от нагрева
Автор: Филатов Александр, aka Rain. Украина, г.Сумы
полная версия с картинками от автора тут : https://rapidshare.com/files/459629738/Article_Rain.doc 
Так как я только начинающий, прошу подтвердить правильность сделанных мной выводов.
Писал и рисовал две ночи, так как целый день на работе. Ошибок старался не делать.
Если статья Вам не понравиться, напишите мне... удалю и забуду.
Заранее спасибо.
Rain
текстовая версия (без картинок)
Обзор упаковки чипа FC-BGA. Причины, следствия, выводы. Почему нет смысла реболить чипы NVIDIA и описание процесса временного восстановления чипа от нагрева.
Как
всем давно уже известно, последние три- четыре года для компании NVIDIA
прошли не столь радужно. И дело тут не только в выпуске конкурентных
продуктов, или достижении, каких либо революционных в плане
производительности устройств. Речь идет о качестве выпускаемой
продукции, как не банально это звучит. И именно на долю NVIDIA пришлось
колоссальный объем брака (дефектных чипов). Официально история началась
с:
Июль 2008г (официальный пресс релиз)
" …
САНТА-КЛАРА, КАЛИФОРНИЯ—2 ИЮЛЯ, 2008
…
NVIDIA
планирует взять сумму в размере от 150 до 200 миллионов долларов из
дохода за второй квартал, чтобы покрыть ожидаемые расходы на гарантийное
обслуживание, ремонт, замену и т.д., из-за слабого материала
ядра/упаковки некоторых версий GPU и MCP предыдущего поколения, которые
устанавливались в ноутбуки.
…
Подробнее об одноразовой выплате по
сбоям ноутбуков смотрите в текущем отчете NVIDIA по форме 8-K за 2 июля
2008 года, переданном в Комиссию по ценным бумагам и биржевым операциям.
… ”
Иточник: http://www.nvidia.ru/object/io_1215163662355.html
На
практике это оказалось только вершиной айсберга. Данная проблема
затронула не только мобильный сектор продуктов NVIDIA, а также
практически все десктопные продукты, производимые компанией. Но, также
хотелось бы отметить, что данная проблема существовала и ранее, и
частично, она затрагивала и других игроков IT рынка, в числе которых
Intel, AMD, ATI (AMD), VIA, SIS и так далее. Но ранее это были единичные
случаи, и вполне оправданный процент брака при используемей технологии
изготовления.
Почему больше всех пострадала именно NVIDIA? Каковы методы для ее диагностики и почему
так происходит? Вот над этими вопросами предстоит разобраться и понять
суть данной проблемы, а также сделать необходимые выводы из
предложенного материала.
Сначала немного теории (плавный и постепенный подход к проблеме)
С
увеличением степени интеграции (уменьшением норм технологического
процесса, увеличением количества компонентов, увеличения тепловыделения)
индустрия требовала все новых и новых технологий производства.
Рожденный еще в далеком 1960 году корпорацией IBM метод поверхностного
монтажа компонентов (SMT / SMD) повлек за собой целую линейку технологий
изготовления и упаковки компонентов: PLCC, QFP, QFN и BGA. Последняя
технология произвела небольшой прорыв в индустрии, позволив на порядок
увеличить плотность монтажа, улучшения теплопроводности, уменьшения
наводок и самое главное облечения процесса изготовления. Развиваясь,
данная технология рождала целую серию упаковок кристаллов для
дальнейшего из монтажа на печатную плату.
Итак, мы подробно остановимся на упаковке FC-BGA.
FC-BGA
(Flip Chip Ball Grid Array) - это BGA упаковка с открытым кристаллом,
который припаян с использованием технологии Flip-Chip. Которая, в свою
очередь, переводиться как многоуровневый компонент (компонент в
компоненте) или «кристалл вверх ногами» в зависимости от её применения.
Суть данной технологии в изменении контакта кристалла микросхемы с
традиционной разводки проволокой на столбиковые контакты (делайте
аналогию с BGA). То есть, по сути, мы получаем BGA в BGA: когда кристалл
припаян к подложке, а подложка, в свою очередь, с помощью шариков будет
монтироваться на печатную плату. Изображение:
Теперь имея
представления о конструкции упаковки чипа, уже можем сделать некоторые
выводы о надежности, имея опыт пайки BGA соединений.
Прекрасно зная и
понимая, что надежность BGA соединения напрямую зависит от механических
воздействий, вибрации, термального расширения и сужения, контакта с
воздухом (взаимодействие с припоем, окисление контактов), разрушение
структуры припоя под действие внешней среды и так далее. Смотря на
структуру упаковки FC-BGA, мы понимаем, что наиболее уязвимым местом
является соединение кристалла чипа с подложкой. Устранить данную
проблему призван специальный наполнитель – компаунд, заполняемый всю
область соединения.
Далее.
Директивы RoHS и WEEE.
Отработав
технологии пайки BGA с применением свинцово-содержащего припоя
производители добились довольно высоких результатов в плане надежности.
Но.
Начиная с 1 июля 2006 г, директивами RoHS Евросоюз запретил
производителям использовать шесть опасных веществ (свинец, ртуть,
кадмий, шестивалентный хром, PBB и PBDE). В дальнейшем в 2008 г
директивы были ужесточены в плане использования еще целого ряда веществ.
В результате отказа от свинца и применения альтернативных компонентов,
пострадала надежность пайки и потребовала пересмотра всего
технологического цикла производства и применяемых компонентов.
Теория закончена. Теперь рассмотрим процесс термального разрушения чипа.
Вследствие
многократных запусков и остановок, микросхема постоянно подвергается
термальному воздействию, то есть в зависимости от температурных
перепадов, все компоненты микросхемы, начиная с кристалла (который
является катализатором (первоисточником)), защитный компаунд, контактные
площадки, слои подложки, межслоевые соединения, все начинают
механические движения сужения и расширения (физическое воздействие
температуры).
Остальные факторы, например разницы потенциалов,
возможные электрические разряды или рост так называемых "оловянных
усов” с применением Pb lead-free пайки, мы упускаем так как их
воздействие незначительно, хотя и присутствует.
И так что мы
получаем в результате: под термальным воздействием образуются
микротрещины в компаунде, который призван защитить соединения. Кристалл
и его контактные группы под воздействием механики (физика температуры)
начинают постепенное расшатывание. Воздух, пронимаемый через
микротрещины в компаунде, начинает процесс окисления припоя в контактных
группах, что в свою очередь только ускоряет потерю контакта. И в конце
концов чип «отваливается» от подложки.
Почему NVIDIA.
Теперь разберем причины краха чипов в столь большом количестве от компании NVIDIA.
Как
мы знаем, сам кристалл тоже состоит из нескольких слоев и межслоевых
соединений, но благодаря отлаженному процессу фотолитографии и
технологическому процессу производства при правильном дизайне чипа
процент брака минимален, и отсеиваться прям на этапе производства перед
упаковкой. Сам кристалл не слишком критичен к высоким рабочим
температурам, а вот материалы упаковки в большой степени зависимы.
Вот
это и был просчетный шаг NVIDIA. После перехода на технологии
бессвинцовой пайки (с 2006 года) потребовалось менять состав материалов
упаковки и перерасчета прочности соединения. Все дефектные чипы NVIDIA
использовали технологии и упаковку корпорации TSMS (c наработками
Fujitsu Microelectronics). В сумме с заниженным официальным
термопакетом (TDP) и как следствие недостаточным теплоотводом,
применяемым производителями, мы получаем быстрый выход чипа из строя.
Применяемый компаунд имеет недостаточный коэффициент теплового
расширения, что приводит к потери защитных свойств компаунда, впрочем,
как и сами материалы подложки не отвечали достаточному уровню
надежности, как результат: «ОТВАЛ» кристала от положки (разрушение
самого тела контакта, либо повреждение контактных площадок).
Выводы.
Что происходит в момент диагностического нагрева чипа? Почему чип временно восстанавливает работоспособность и почему не помогает re-ball?
Всем известная мера для диагностики выхода со строя микросхем в корпусе FC-BGA (в часности NVIDIA):
Кратковременный нагрев кристалла чипа воздухом с t = 150o-200o C (200o-300o C в зависимости от точности контроля температуры).
В
процессе нагрева мы имеем резкое терморасширение кристалла с дальнейшей
теплоотдачей на подложку. Контакты временно, механически
восттанавливаються, а так как компаунд имеет заниженный коэффициент
теплового расширения, относительно кристалла и подложки, в момент
резкого нагрева и остывания он временно фиксирует установленное
соединение. В результате мы получаем временно оживший чип. Заметьте,
нагрев происходит в области температуры, ниже температуры плавления
припоя, поэтому контакты кристалла были восстановлены механически, и о
никакой надежности и долговечности соединения не может быть речи.
Поэтому это только ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МЕРА, по результатам которой можно
сделать вывод о необходимой замены чипа.
Осмыслив теоретическую часть
и поняв результаты диагностики («подуть») мы понимаем, что для полного
восстановления работоспособности чипа необходимо произвести re-ball
кристалла на подложку. Беря во внимание очень маленькие допуски и
необходимость заполнения нового компаунда в область соединения, для ее
защиты, данная процедура невозможна в ремонтных областях и
нецелесообразна на производстве.
Прогрев, пропайка микросхем –
метод, который не возможно отнести к ремонту. Это лишь диагностика BGA
соединения подложки с печатной платой.
Прогрев NVIDIA – это лишь
временное восстановление микросхемы, вызванное термо воздействием через
подложку на контакты и сам кристалл. Даже доведя до плавление припоя под
кристаллом, прогрев не решает проблем начавшегося разрушения контактных
площадок кристалла и поврежденного компаунда. Результат – работает от
недели до 1-2 месяцев, дальше возврат.
Re-ball – метод восстановления
контактов подложки чипа с печатной платой. Применяется в результате
механического повреждения контакта или начавшегося процесса окисления
контактных площадок. Применяя реболл для псевдоремонта NVIDIA (и других
FC-BGA), мы по сути делаем «извращенную» пропайку: в процессе поэтапного
нагрева микросхемы снизу, сверху, и прохождения тепрмопрофилей пайки,
мы делаем намного интенсивное термо воздействие, уже на все компоненты
микросхемы, которая на некоторых этапах, изолирована от теплоотвода
платы. Результат, опять таки временное воставновление от 1 до 6 месяцев.
Делая
вывод из всего вышесказанного, уважаемые ремонтники, беря во внимание
конструктивные особенности современных упаковок чипов (в часности
FC-BGA) не стоит надеяться на качественный результат, применяя методы,
призванные решать совсем не те проблемы. Если вам дорог результат, Вы не
будете ремонтировать «отвал» кристалла в FC-BGA упаковке. Только замена
на новый чип даст достойное Вас, как ремонтника, решение проблемы.
Спасибо за внимание.
Иточники:
http://www.intel.com
http://www.nvidia.com
http://www.nvidia.ru
http://wikipedia.org
http://www.fujitsu.com
Источник: http://www.notebook1.ru/forma1/viewtopic.php?f=33&t=44540&p=254968&hilit=%D0%BF%D0%BE%D1%87%D0%B5%D0%BC%D1%83+%D0%BD%D0% |
| Категория: Мои статьи | Добавил: tehnomir (20.07.2012)
|
| Просмотров: 3406
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
|
|