In questo articolo mostro una riparazione di un HP ProBook 4520s con chip grafico ATI Mobility Radeon HD 4330 | 5470 | 6370 difettoso che ne impedisce l’avvio. All’accensione l’HP ProBook 4520s presenta schermata nera. La riparazione prevede reballing oppure sostituzione completa del chip grafico.
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All’avvio questo HP ProBook 4520s schermo nero presenta schermata nera e niente altro. La macchina tuttavia sembra viva poichè qualche led si accende e in alcuni casi la ventolina dopo alcuni secondi inizia a girare.
Modello:
HP ProBook 4520s
Problema:
Schermo nero HP ProBook 4520s
Causa:
GPU | chip grafico ATI Radeon 4330 | 5470 | 6370 difettoso HP ProBook 4520s
L’HP ProBook 4520s che ho riparato in questo articolo è un portatile professionale di alcuni anni fa, molto elegante e venduto all’epoca con differenti configurazioni di CPU tra cui I5 e I7 e scheda grafica ATI Mobility Radeon HD 4330 oppure 5470 o ancora 6370 come il modello di questa riparazione. Dispone di una tastiera resistente agli schizzi, tastierino numerico e display LED HD antiriflesso con schermo da 15.6 pollici con risoluzione 1366×768 pixel. Ecco una foto di questo PC prelevata dal sito della casa madre HP:
Prima di arrivare a capire che fosse il chip grafico ATI Radeon a dare problemi, in laboratorio abbiamo tentato un ripristino BIOS: dopo la riprogrammazione del chip EEPROM tuttavia il computer HP ProBook 4520s ha continuato a mostrare una schermata scura all’avvio, segno che il problema era altrove.
Quindi ci siamo concentrati sul chip grafico ATI e abbiamo visto giusto: era questo il componente difettoso!
Il chip di questa macchina è un ATI 216-0774207 che alla fine il cliente ci ha chiesto di sostituire con un ricambio nuovo: tuttavia è possibile un ripristino anche mediante un rework consistente in un reballing, che prevede la sostituzione dello stagno lead free (privo di piombo) con nuovo stagno che ne contiene, per una maggior durata della saldatura.
Ecco il chip smontato da questa macchina:
L’etichetta sottostante riporta il modello esatto di questo HP ProBook 4520s:
Comincio a disassemblare questo HP ProBook 4520s che non si avvia presentando schermata nera.
L’apertura di questo modello è alquanto semplice poichè ci sono pochissime viti sotto la scocca: rimosse queste, con ulteriore rimozioni di altre pochissime viti, possiamo facilmente:
- staccare la parte di top che contiene bottone di accensione, subito sopra la tastiera;
- sollevare tastiera;
- sganciare la parte di top che contiene il trackpad.
Da notare che la tastiera è dichiarata come resistente a schizzi di acqua… Stacchiamo le varie parti liberando vari flat collegati alla mainboard.
Alcune fasi dell’apertura di questo HP ProBook 4520s le ho saltate.. arriviamo quindi al sodo. Estraggo la scheda logica dalla scocca e rimuovo il dissipatore che nasconde il chip grafico.
Inizio la preparazione della scheda logica rimuovendo le parti di colla epossidica presente agli angoli del chip: questa va eliminata altrimenti sarà difficile o impossibile effettuare un lift del chip dalla scheda di questo HP ProBook 4520s.
Cause dell’anomalia della GPU ATI Mobility Radeon HD ATI Radeon 4330 | 5470 | 6370 su HP ProBook 4520s
Il modello di HP ProBook 4520s che ho riparato in questo articolo monta nel reparto video un chipset marcato ATI Radeon 6379. Ci chiederemo: perchè questi problemi con queste GPU ATI ?? La causa è probabilmente nelle saldature presenti tra chip video e scheda logica; queste sono rappresentate da palline (ball) di stagno prive di piombo che – come mostra la prossima foto effettuata al microscopio – con il tempo e con il surriscaldamento tende a sfaldarsi. In altri casi è proprio il chip della GPU ad essere difettoso e va quindi necessariamente sostituito. Di solito i chip prodotti fino al 2011 hanno questo tipo di difettosità.
Prima di entrare nel cuore della riparazione di questo HP ProBook 4520s è meglio puntualizzare che il lavoro di reballing (o sostituzione) chipset che propongo in questo articolo, come la maggior parte di quelli presenti sul sito, per essere portato a termine con successo necessita di strumentazione professionale, competenze e materiale di qualità.
Il fine dell’articolo è quello di divulgare informazioni utili e di pubblicizzare in qualche modo il mio lavoro, frutto di esperienza con riparazioni ed assistenza su computer di diversi marchi e tipologie con utilizzo di materiale ed apparecchiatura professionale.
In tutti i casi ricordo che sono disponibile a qualsiasi tipo di assistenza e riparazione del vostro dispositivo, anche a distanza: posso ritirare o spedire mediante corriere espresso.
Prima di rimuovere il chip, sia che abbia deciso di effettuare un reballing piuttosto che una sostituzione totale, mi assicuro sempre di avere lo stencil adatto altrimenti rischio poi di non poter lavorare sulle ball di stagno; poi inizio il lavoro.
Per prima cosa rimuoviamo la colla epossidica presente spesso agli angoli del componente: questo materiale va imbrattato con del flussante, scaldato con aria calda e rimosso delicatamente con uno spillo, specillo o pinzetta: faccio attenzione a non graffiare la scheda logica, potrei rovinarla..
Riparazione scheda video HP ProBook 4520s: lift della GPU
Inizio col dire che i processi di rework di un BGA non sono assolutamente semplici come può apparire osservando i tanti video presenti su YouTube: anzi mi permetto di dire che molti di essi sono incompleti poichè nascondono alcune criticità del processo, rendendolo apparentemente semplice: non è così.
Reballing e in genere rework sono processi ad alta precisione: oltre a strumentazione e materiale di prim’ordine occorre esperienza.
Nella prossima foto una delle stazioni di rework nel laboratorio.
Ora viene il bello, il lavoro di riparazione vero e proprio. Iniziamo con il lift della GPU cioè in parole povere al distacco del processore video dalla scheda logica. Monto la scheda logica su una delle mie stazioni di lavoro, applico le termocoppie, copro con alluminio o Kapton le parti che voglio proteggere dal calore, 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 (leaded) in modo che il BGA non dia gli stessi problemi in futuro a causa di crepe nello stagno: anche per questa riparazione uso lo stesso approccio “al piombo”, anche se è ovviamente poco rispettoso dell’ambiente è la migliore scelta per questo tipo di intervento.
Prima di effettuare il lift del chip mi occupo di isolare dal calore eventuali componenti adiacenti il chip: questo per evitare che piccole resistenze, condensatori o connettori possano rovinarsi; l’isolamento avviene di solito con nastro alluminio che da un lato possiede una parte adesiva oppure con del nastro Kapton; tagliandolo posso anche inserirlo su piccole parti di scheda madre.
Il nastro alluminio posso anche sfruttarlo per orientarmi con la posizione esatta del chip nei casi di lavorazione su scheda madri che non hanno nessun riferimento (linee o quadrati bianchi) stampato o serigrafato sulla piastra: mi servirà dopo per posizionare precisamente il chip durante la fase di fissaggio.
Alcune stazioni dispongono di sistemi a prisma per centrare perfettamente il chip sulla scheda prima del fissaggio finale. Personalmente ho imparato con il tempo diversi trucchetti per ottenere risultati soddisfacenti anche senza sistemi così complessi di puntamento… Però una delle stazioni in mio possesso è dotata di prisma quindi nessun problema.
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 tirar via le piste…
Sotto, alcune fasi di lavorazione di una scheda madre. Nella prossima foto un esempio di chipset preparato per la prima fase di lavorazione: si possono notare l’assenza della colla epossidica ai bordi (già rimossa) e l’alluminio a protezione delle zone circostanti. Inoltre potete notare il posizionamento della termocoppia e il puntamento laser che permette di posizionare la scheda centrata sul nozzle sottostante.
Provvedo alla rimozione del chip video poi successivamente, approfittando della parte di scheda ancora calda, effettuo un’operazione di pulizia per rimuovere il vecchio stagno privo di piombo.
Come? Prima applico flussante adatto allo stagno lead free (esempio: Amtech NC-559), poi faccio una palla di stagno contenente piombo usando il saldatore con punta a fetta di salame…passandolo delicatamente su tutte le piste. Ecco alcuni esempi di questo processo:
Facendo passare una massa di stagno senza piombo sulle varie piste, con l’aiuto del flussante, in parte rimuoveremo anche il vecchio stagno con piombo: bisogna ovviamente usare una temperatura elevata perchè come ho già scritto lo stagno lead free fonde a temperature vicine a 230°.
Successivamente pulisco con alcool poi riapplico altro flussante e finisco la pulizia usando la trecciola di rame… che deve essere di alta qualità onde evitare di graffiare la base del BGA.
Poi passo al chip BGA, facendo anche con il chip la stessa procedura. Il lavoro sul chip è sempre necessario, anche in caso di sostituzione della GPU con una nuova di zecca: questo perchè i chip in vendita solitamente montano già ball di stagno privo di piombo che quindi preferisco sostituire con una lega che ne contiene.
Dopo averlo raffreddato, devo pulirlo con la medesima procedura usata per la scheda logica, quindi spalmo flussante per stagno lead free e procedo con la pulizia armato di stilo e treccia di rame. Ecco un esempio del processo:
Dopo la pulizia stendo un velo uniforme di flussante Amtech questa volta RMA 223 per stagno leaded e poi passo alla fase di fissaggio ball. Ecco una faase di lavorazione HP ProBook 4520s.
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. E’ la mia preferita.
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 piazzole; inoltre infornare un chip con le ball ‘libere’ potenzialmente crea problemi di ‘unione’ delle ball durante la fase di 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…
Il vantaggio è che con un fornetto possiamo lavorare più chip in contemporanea: un bel vantaggio con risparmio di risorse energetiche e tempo.
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 presenta svantaggi: il più grande secondo me è che il fissaggio delle ball con lo stencil sottoposto a calore crea difficoltà con la rimozione dello stencil a fine lavoro: le ball saldate infatti tendono a modificare la loro forma e, rimanendo incastrate nei fori dello stencil, creano difficoltà durante la fase del distacco della lamina dal chip.
L’altro svantaggio è che questo tipo di lavorazione direct air permette di dedicarsi ad un solo chip per volta.
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 perchè bisogna avere sempre molta esperienza con l’uso manuale delle stazioni ad aria: a prescindere dagli automatismi delle costosissime stazioni professionali che possiamo possedere in laboratorio, è doveroso saper correggere a mano alcune imperfezioni. Accade spesso dover fare piccoli ‘aggiusti’ e non è il caso di ripetere un intero processo di pulizia o reballing stressando nuovamente un chip, solo per 2 ball che non si sono fissate…
Ecco una delle stazioni JIG che ho in laboratorio e che uso anche per bloccare i chip durante i lavori direct air: 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 le ball potrebbero non essere orientate nello stesso modo. Le maschere | stencil universali quindi non funzionano.
Questa invece è un’altra versione di stazione che pure ogni tanto utilizzo, pur trovandola molto 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, nella fase di fissaggio utilizzo del flussante molto reattivo come l’originale Amtech RMA-223 mentre nella fase di pulizia utilizzo del flussante NC-559 più adatto allo stagno senza piombo.
Di fornetti per effettuare reflow ne esistono tantissimi: molti modelli somigliano a normali griglie per hamburger come lo ZM-255 della Zhuomao che ho messo da parte perchè letteralmente bruciava 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 senza aria diretta, 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 talvolta 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 per arrivare a 190° innalzando pochi gradi ogni tot secondi.
Tuttavia, come ho già detto, il metodo che preferisco per il fissaggio delle ball è il direct air. 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 talvolta 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, talvolta 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..
Un’esempio di GPU pronta da saldare..
La fase finale del lavoro prevede il fissaggio del chip grafico sulla scheda. Applichiamo uno strato finissimo di flussante, stendiamolo distribuendone un velo in maniera uniforme senza eccedere altrimenti le ball si attaccheranno tra loro e la cosa inficierà sul risultato finale…
Ora tocca al posizionamento del chip BGA sulla scheda: 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. Le stazioni professionali dispongono solitamente di prisma e telecamera per effettuare una centratura precisa, altrimenti possiamo segnarci la posizione di origine con qualche trucchetto, ad esempio sfruttando la posizione del nastro alluminio, giusto per riferimento. Le foto che seguono mostrano un processo di fissaggio del chip su vari tipi di schede di Apple iMac. La procedura è identica.
Posiziono il chip sulla scheda, poi lo sollevo con il vacuum…
Effettuo centratura con prisma… poi applico flussante sui pad della scheda madre e riposiziono il chip sulla scheda.
Infine possiamo 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 processo poichè la scheda è pronta.
Ci vuole moltissima pratica, esperienza ed utilizzo di materiali e strumenti di qualità per ottenere ottimi risultati.
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..
Nei casi in cui il chip video dovesse risultare danneggiato procedo invece alla sostituzione con una GPU nuova di zecca.
Dopo aver montato la scheda madre appena riparata, provo ad avviare l’HP ProBook 4250… il risultato??
Il chip grafico ATI Radeon dell’HP ProBook 4520s stato ripristinato!!
Segue una fase di test ovviamente con appositi programmi prima di riconsegnare il computer HP ProBook al proprietario…
Se avete un computer portatile HP ProBook 4520s che non si accende più improvvisamente o necessitate di un’assitenza HP contattatemi! Posso effettuare un ripristino del vostro HP con una spesa minima: Carlo 393.593.35.22 | assistenza@informaticanapoli.com
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