In questo articolo mostro una riparazione avvenuta con successo di un Sony Vaio modello VGN-NR31S che soffriva, come tanti altri PC che montano schede grafiche NVidia, di un difetto di surriscaldamento che fa letteralmente dissaldare il processore grafico dalla scheda madre.
Modello:
Sony Vaio VGN-NR31s
Difetto/Anomalia:
Sony Vaio con scheda video difettosa, non si accende oppure presenta artefizi sullo schermo
Dettagli/Sintomi:
- Il PC spesso si accende. Talvolta all’avvio mostra sullo schermo, già dal logo del Bios, alcuni artefatti grafici come lettere (di solito una ‘a’); Successivamente arriva a startare Windows ma la videata presenta artefatti grafici verticali (linee verticali).
- In molti casi, quelli più gravi, il pc non mostra nulla a video malgrado si senta la ventola accesa.
- In molti casi nel pannello risorse anzichè la scheda video NVidia GeForce appare la classica ‘Standard VGA’: questo perchè il sistema riesce a rilevare la scheda ma non perfettamente per cui non carica i drivers e attiva la scheda grafica di base
Ed ecco una carrellata di Sony Vaio con problemi di scheda video e artefizi vari a schermo.
Perchè succede?
Semplice: le nVidia montate su PC fino a qualche hanno fa (e anche sulle XBOX 360 di vecchia generazione) avevano una tecnologia scadente rispetto alla loro potenza. Risultato: scaldavano parecchio e dopo poco iniziavano i problemi. Questo anche se si teneva molta cura del pc: non si scampa. Inoltre il problema è dato anche dalle saldature che di recente hanno subito una revisione nell’applicazione a causa del piombo: parliamo quindi di stagno no-lead (senza piombo) che sembrano creare molti problemi di rotture in particolari condizioni.
Alcuni di queste GPU dopo poco tempo iniziano praticamente a dissaldarsi. Esiste un modo totalmente definitivo per risolvere ed è in pratica effettuare una risaldature del processore grafico. Il procedimento si chiama reballing (ricreazione delle palline di stagno) del BGA (nome del processore) seguito dal reflow (risaldatura). Il lavoro consiste nello ‘scollare’, pulire dal vecchio stagno, attaccarne del nuovo (in formato di micro palline) e risaldare: operazione tutt’altro che semplice e spesso delegata esclusivamente a laboratori attrezzati.
Garanzia estesa di Sony:
All’epoca Sony ha esteso la garanzia a ben 4 anni su questi PC. Oramai non sarete più in tempo quindi dovete procedere con un intervento di riparazione.
Come fare a risolvere?
L’intervento prevede il rework del processore grafico nVidia con ripristino di tutte le saldature. Il procedimento si chiama reballing: in alcuni casi è invece obbligatorio sostituire totalmente il chip perchè difettoso.
Di seguito alcuni passi che ho seguito per riparare questo modello.
Da premettere che le info qui riportate si possono applicare anche ad altri portatili con lo stesso difetto (NR 21, Nr 31, ecc.).
Iniziamo con lo smontare completamente il Sony, arrivando alla scheda madre:
Togliamo tutti i residui di pasta e puliamo completamente sia i 3 processori coperti dal radiatore in rame sia il radiatore stesso.
Stacchiamo completamente la scheda madre da tutto il resto e concentriamoci ora sulla GPU Nvidia GeForce:
Di seguito alcune sequenze che mostrano i passi per un rework.
Seguono alcune foto di riparazioni da me effettuate su varie schede video o schede madri, con reballing GPU di diverso genere. Il lavoro sul Sony Vaio è identico.
Iniziamo con il lift della GPU cioè in parole povere al distacco del processore video dalla scheda video. Monto la scheda su una delle mie stazioni di lavoro, applico le termocoppie, rimuovo eventuali tracce di colla epossidica ai bordi, scelgo il giusto Nozzle (adattatore per il flusso aria calda), seleziono il giusto profilo termico… e via con la prima fase di lavorazione!
Ovviamente in caso di reballing nel 99% dei lavori si usa stagno con piombo in modo che il BGA non dia gli stessi problemi in futuro in caso di crepe nello stagno: anche per questa riparazione uso lo stesso approccio “al piombo” anche se è ovviamente poco rispettoso dell’ambiente.
Nella prossima foto una delle curve di temperatura dei profili di temperatura utilizzata sui controllori PC 410 montati su molte stazioni IR e HotAir:
Di seguito alcune foto – scattate in momenti diversi – relative ad alcune fasi di rework GPU di schede di diverso genere. Si può notare che utilizzo diverse apparecchiature e tecniche per effettuare reballing del BGA ATI.
Ecco alcune fasi di lavorazione di un BGA: lift del processore, pulizia dal vecchio stagno senza piombo, rimpallinamento con lo stencil adatto e reflow per risaldare le ball di stagno con piombo.
Per sollevare il componente una volta arrivati alla temperatura di fusione è necessaria una pompetta (vacuum) a vuoto con ventosa resistente al calore; spesso essa è integrata con la stazione o comunque possiamo acquistarla separatamente sui siti specializzati. Essa è fondamentale poichè permette di sollevare il chip senza strattoni e sopratutto facendo prima un pò di pressione prima del distacco possiamo sincerarci che lo stagno sia effettivamente sciolto; in caso contrario faremmo un danno irreparabile perchè sollevare un chip con stagno fuso parzialmente vuol dire tirarsi le piste…
Nella foto sotto un lift su una scheda logica di MacBook pro 15:
Successivamente, approfittando della parte di scheda ancora calda, effettuo un’operazione di pulizia per rimuovere il vecchio stagno privo di piombo, cospargendo un pò di flussante e rimuovendo lo stagno in eccesso con l’aiuto della trecciola di rame… che deve essere di alta qualità onde evitare di graffiare la base del BGA.
Dopo la prima pulizia, applico altro flussante e successivamente passo dello stagno con piombo, facendo una grossa palla di stagno e spalmandola delicatamente su tutte le piazzole, per riprendere le piste precedentemente spazzolate…e togliere tutti i residui di vecchio stagno.
Infine ripasso nuovamente la trecciola di rame per ripulire un’ultima volta e lasciare tutte le piazzole ben visibili e pulite.
Poi passo al chip BGA. Dopo averlo raffreddato, devo pulirlo con la medesima procedura usata per la scheda madre / scheda video..
Dopo la pulizia stendo un velo uniforme di flussante RMA 223 come l’Amtech (originale e non fake come si trovano in giro…)… e poi passo al reballing vero e proprio.
Sistemi e metodi differenti per il reballing: JIG o direct air?
Infine tocca rimpallinare ed effettuare la risaldatura della ball (fase di reflow). Per questo ci sono molte tecniche differenti. Le tecniche principali che utilizzo sono 2:
- Reballing mediante uso di JIG e fornetto reflow: questa tecnica prevede il posizionamento delle ball mediante utilizzo di stazione JIG con stencil dedicate da 80×80 oppure 90×90; il reflow viene effettuato tramite fornetto specifico a temperatura controllata;
- Reballing mediante stencil direct air: questa tecnica prevede il posizionamento delle ball a mano mediante stencil direct-air e reflow mediante aria calda direttamente sullo stencil:
Entrambi i sistemi per fissaggio ball sono molto validi ed entrambi hanno vantaggi e svantaggi: quello con l’uso del JIG è il più pulito ma richiede maggiore precisione per centrare perfettamente le ball sulle piste; inoltre infornare un chip con le ball ‘libere’ potenzialmente crea problemi di unione delle ball durante la cottura..se si usa troppo flussante oppure se il fornetto non è perfettamente a piano; basta una minima pendenza per vedere scivolare le ball… ed è un problema.
Senza contare che è necessario un apposito fornetto per il reflow che spesso costa molto. Personalmente me ne sono costruito uno modificando un normale fornetto da colazione…
L’uso di aria diretta sullo stencil che rimane poggiato sul chip per tutto il tempo è una situazione più sporca ma in alcuni casi evita problemi di allineamento: anch’esso ha difetti come problematiche con la rimozione dello stencil dopo il lavoro (le ball saldate aumentano di dimensione e spesso rimangono incastrate nei fori dello stencil).
In tutti i casi e sistemi utilizzati può accadere che alcune ball di stagno non facciano presa sulla piazzola del chip oppure che si uniscano l’una con l’altra: in quel caso bisogna rimediare manualmente, ripulendo eventualmente le sole piste anomale (di solito accade sempre nei pressi dei bordi) e riposizionando a mano le ball mancanti; in questo caso conviene usare manualmente il manipolo di una stazione ad aria per recuperare il lavoro.
Ecco una delle stazioni JIG che ho in laboratorio: su questa montano stencil dedicati quindi per ogni chip devo avere per forza quella particolare maschera. Esistono anche quelli universali ma non vanno quasi mai bene poichè le ball di stagno non sono mai allineate o parallele, ma spesso seguono disegni diversi a secondo del chip e sullo stesso chip spesso le ball non sono orientate nello stesso modo. Le maschede universali quindi non funzionano.
Ecco una delle stazioni JIG che uso spesso anche per tenere fermo il chip durante le fasi di pulizia:
Questa invece è un’altra versione di stazione che pure ogni tanto utilizzo, pur trovandola scomoda.
Uno dei vantaggi ad usare queste stazioni è che è più facile recuperare le ball in eccesso inutilizzate. In genere se si fa un lavoro pulito e preciso la centratura è facile.
In quasi tutti i lavori di reballing utilizzo del flussante molto reattivo come l’originale Amtech RMA-223 tranne che nella fase di pulizia in cui utilizzo del flussante di più bassa qualità (anche fake va bene in questo caso).
I fornetti per reflow ne esistono tantissimi. Molti somigliano a delle griglie per hamburger come lo ZM-255 della Zhuomao che ho messo da parte perchè letteralmente brucia i chip, rendendoli poi spazzatura.
Altre tipologie di fornetti invece vanno molto bene come i modelli siglati T962A, tipo questo:
Attenzione però: con la sigla “T962A” oppure “T-952” ci sono dispositivi simili di marche diverse e dimensioni differenti: non tutti sono di qualità, anzi!
Tutti questi dispositivi hanno in comune prezzi elevati e controllori di temperatura, termocoppie e profili termici: il controllo del lavoro è pressochè totale.
Personalmente se devo fare un reballing i migliori risultati li ottengo con apposito fornetto per reflow a temperatura controllata ed autocostruito… che attacca le ball di stagno perfettamente a circa 190° senza mai cuocere un chip o saltare qualche saldatura….
Utilizzo carta forno, cerco di centrare perfettamente le ball, utilizzo solo una minima quantità di flussante e cerco di posizionare il forno a livello (utilizzo una mini livella….). Il forno è naturalmente pre-impostato e tarato.
Il fissaggio delle ball con direct air tuttavia è il metodo che preferisco. Nella prossime foto mostro come fissare le ball utilizzando uno stencil ad aria diretta montato su una morsetta a molla di pochi euro….Riesco a fissare senza problemi le ball 0,50 mm con una stazione ad aria con manipolo manuale o sfruttando una delle mie stazioni professionali.
Prima preparo il chip, spalmando flussante e fissando lo stencil in maniera molto precisa con un pò di nastro alluminio ai bordi.
Aiutandomi poi con una scodellina che mi aiuterà a raccogliere le ball in eccesso, inizio a versare una quantità minima di ball sulla superfice dello stencil.
Aiutandomi con movimenti della molletta e con l’uso di qualche pinzetta di precisione e strumento apposito (perfettamente pulito da qualsiasi agente esterno) cerco di posizionare tutte le ball rimaste fuori posto..
Infine posiziono l’intera molletta sotto la stazione saldante, cercando di tenerla bloccata e allineata e faccio partire la fase di reflow con il giusto profilo termico…
Alla fine del processo termico devo fare la cosa più seccante per questo tipo di tecnica: staccare lo stencil dal chip senza tirarmi via le ball e senza forzare molto; per avere successo in questa fase delicata devo provvedere al distacco quando il chip è ancora caldo ma non troppo caldo. Talvolta lascio raffreddare l’intero blocco di 20 gradi poi riempio di alcool isopropilico che, scivolando sotto lo stencil e tra le ball appena saldate, mi aiuta con il distacco dello stencil.
Dopo il reflow delle ball di stagno, qualche volta effettuo anche una pulizia in vaschetta a ultrasuoni….
Oppure pulisco direttamente con alcool isopropilico ed una bella spazzolata… la pulizia deve essere accurata, non deve esserci traccia del vecchio flussante già ‘cotto’. Le ball di stagno devono essere belle, pulite e visibilmente staccate e lucenti anche se viste a occhio nudo. Ovviamente se le osservate al microscopio o anche con una lente di ingrandimento riuscirete a rendervi conto della qualità del lavoro fatto..
Ed ecco alla fine un esempio di BGA quasi pronto da saldare…
Un altro chip pronto da saldare..
Infine tocca risaldare il chip grafico o chipset sulla scheda. Applichiamo quindi il flussante.. stendiamolo fino ad applicare un velo e non di più… altrimenti le ball si attaccheranno tra loro e la cosa inficierà sul risultato finale…
Posizioniamo precisamente il BGA: è forse uno dei momenti più delicati, bisogna centrarlo bene… poi il flussante farà il resto, centrando magicamente il chip se c’è qualche micro spostamento rispetto alla posizione ideale. Alcune stazioni professionali dispongono di laser per effettuare una centratura precisa: personalmente non ne ho mai avuto bisogno anche perchè nella maggior parte dei casi è presente una guida serigrafata sulla scheda logica; e quando manca possiamo segnarci la posizione di origine con qualche trucchetto ad esempio sfruttando la posizione del nastro alluminio, giusto per riferimento.
Infine possiamo effettuare il reflow (inteso come risaldatura) e risaldare il chip nella sua sede di origine… scegliamo ovviamente questa volta il profilo giusto per lo stagno con piombo… temperature questa volta più basse.
Con il piombo le temperature di fusione sono più basse (circa 190°) rispetto a quelle lead free (circa 230°). Inizio il processo e controllo con la telecamera lo stato della fusione delle ball visionando un lato del chip:
L’uso di una telecamere telecamera / microcopio durante la fase di lavoro finale di risaldatura non è indispensabile ma può aiutare a capire quando e sopratutto SE c’è stata fusione dello stagno. Infatti nella fase più alta di temperatura del profilo termico si vede normalmente un ribassamento del chip che ad occhio sarebbe impossibile da notare. Dopo quella fase è possibile anche fermare manualmente il profilo poichè la scheda è pronta.
Ci vuole moltissima pratica, esperienza ed utilizzo di materiali e strumenti di qualità per ottenere ottimi risultati. Sotto altre foto scattate durante saldatura finale di chip BGA su schede video.
Durante il lavoro controllo sempre l’andatura del processo termco visionando curve e temperature prelevate dalle varie termocoppie della macchina e quelle esterne applicate da me su punti precisi della scheda.
Lavoro terminato.. faccio raffreddare ed estraggo la scheda dalla stazione.. Talvolta applico colla epossidica sui bordi del componente riparato in modo da fornire maggiore stabilità, poi possiamo procedere a spalmare un pò di pasta termoconduttiva su CPU e GPU (poca mi raccomando perchè se si esagera si ottiene ostruzione alla conduzione di calore..) e magari sostituiamo il pad termico sul terzo componente, l’unico che in origine si raffredda mediante un sottile strato di gomma termoconduttiva.
Dopo aver fatto raffreddare il tutto possiamo applicare del silicone termico sui bordi del componente riparato in modo da dargli maggiore stabilità, poi possiamo procedere a spalmare un pò di pasta termoconduttiva sui 2 processori (poca mi raccomando perchè se si esagera si ottiene effetto opposto alla conduzione di calore..) e magari sostituiamo il pad termico dove è necessario.
All’accensione, la prima cosa che ho fatto è stato controllare la temperatura del processore tramite uno dei tanti programmini che girano su Windows: mi sono accertato che fosse a livelli accettabili (50 gradi circa all’accensione senza fare nulla). Poi ho installato nuovamente i driver della scheda grafica che è stata subito riconosciuta come NVidia e non più come ‘standard’.
Degli artefizi neanche l’ombra. Poi sempre controllando la temperatura ho effettuato test per la scheda grafica facendola salire fino a 99 gradi. Nessun problema.
Il risultato è che il Sony Vaio VGN-NR31S è tornato a funzionare senza problemi.
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