статья на тему:
Обзор упаковки чипа FC-BGA. Причины, следствия, выводы. Почему нет смысла реболить чипы NVIDIA и описание процесса временного восстановления чипа от нагреваАвтор: Филатов Александр,
aka Rain. Украина, г.Сумы
полная версия с картинками от автора тут :
https://rapidshare.com/files/459629738/Article_Rain.docТак 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.
Rainтекстовая 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.htmlНа 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.comhttp://www.nvidia.comhttp://www.nvidia.ruhttp://wikipedia.orghttp://www.fujitsu.comЯ конечно извиняюсь, но вроде как эта статья просто перевод вот от сюда ......
Вход
Регистрация
FAQ
, или весенний авитаминоз у всех 
, хоть бы Сергей Петрович 
свое фе сказал аж скучно
, 
