笔记本电脑DIY维修之顶级篇-显卡手动BGA.doc

/thread-985931-1-1.html笔记本电脑DIY维修之顶级篇-显卡手动BGA帖子有近一万字，请先回帖、留名再看贴，以免看完忘记了。谢谢！有任何疑问或不同见解请回帖留言，本人会在置顶结束后收集所有问题并做个问题集，方便本友查阅。前言：这几年来，随着IT行业的发展，笔记本电脑越来越便宜，配置越来越高。各个厂商品牌都在不断的推陈出新，以最新的配置，最靚的外观，吸引着广大的消费者。同时，消费者追求低价高配的本能也在促使着笔记本电脑的制造厂商不断的COSTDOWN,在保持低价的同时也配上了不错的CPU和独立显卡，以提高品牌竞争力。当各个厂商在快节奏推陈出新的同时，不够严谨的设计，不够冗余的散热系统，不够完全的测试，都暗藏在各个“高性价比”笔记本电脑那美丽的光环下。无疑，这会带来很严重的后果，在若干年后，这些毛病，未知的缺陷，都会一一显现出来。而受害的人正是我们广大的消费者。首当其冲的就是笔记本电脑的独立显卡。一笔记本电脑著名显卡缺陷和设计缺陷案例：（以发生时间为先后）1.BENQ S73系列各个带ATI X1600显卡的子型号。BENQ S73.jpg (26.11 KB)2009-8-14 00:352006年BENQ推出的强调显卡机能的机型， AIT X1600 256M DDR3,3DMARK 06 1500-1700分左右（和搭配的CPU有关）。价格为6999-8999。这个机器拿到今天来说，配置都不落伍。在2008年底到2009年初，小面积出现显卡花屏黑屏掉电现象，在用户反映看来，是比较普遍的现象。原因：普遍的结论是显卡过热而劳损，导致花屏，最后导致不能开机。罪魁祸首就是覆盖在显卡上面的导热固态硅胶片在一两年后老化导致散热系统散热能力出现瓶颈，另一个原因就是散热的热管和CPU为同一根（后来改为一根半或两根热管）。在用户不知不觉中，本来没有缺陷的显卡就损坏了，但同时，大多数也过了两年的保修期。2.BENQ S41系列benq_s41_01s.jpg (27.23 KB)2009-8-14 00:352007年初BENQ推出的取代S73的另一系列强调显卡机能的机型， NVIDIA 8600MGS,3DMARK 06 2700-2900分左右（和搭配的CPU有关）。价格为6999-8999。这个机器拿到今天来说，配置都很强悍。在2008年底到2009年初，大面积爆发显卡花屏黑屏现象，在用户反映看来，是普遍现象。原因：比较复杂，有说法是因为散热能力不够，导致显卡积热损坏。另一种说法是显卡门（NVIDIA G86和G84的封装缺陷）导致。还有一种说法是，显存电压设置过低，导致显存供电不足却高负荷运作而劳损。3.HP DV2000,V3000带8400MGS的各个子型号2007年春天HP推出的明星系列，DV2000的外观以获得德国红点大奖为卖点，V3000以高性价比为卖点。3DMARK 06 2700-2900分左右（和搭配的CPU有关），价格为5499-8999。这个机器拿到今天来说，配置都够用。在2008年底到2009年初，大面积爆发显卡花屏现象，在用户反映看来，是普遍现象。dv2000.jpg (23.2 KB)2009-8-14 00:39v3000.jpg (55.43 KB)2009-8-14 00:10原因：普遍观点比较统一，是因为这两个系列的散热系统效率过低，加上显卡门（NVIDIA G86和G84的封装缺陷）的显卡在温度频繁变化时封装锡球脱落导致。4.神舟，DELL,ASUS,联想，BENQ,SONY各个带8400MGS独立显卡的若干型号。 图略2007年后各个品牌推出的带8400MGS独立显卡若干机型。在2008年底到2009年初，大面积爆发显卡花屏现象，在用户反映看来，是普遍现象。原因：观点比较统一，是因为笔记本电脑散热环境本来就恶劣，再加上显卡门（NVIDIA G86和G84的封装缺陷）的显卡在温度频繁变化时封装锡球脱落导致。5.SONY AR,C1,C2系列。SONY C22.jpg (31.85 KB)2009-8-14 00:102007年初SONY推出的新一代主打机型。其中，SONY C22和高端SZ系列的几乎相同配置和几乎一半的价格，吸引了很多SONY的FANS。3DMARK06 800分左右，价格为9900元左右。这个配置拿到今天来看，也够用了。在2008年底到2009年初，小面积爆发显卡花屏现象，在用户反映看来，是比较普遍的现象。原因：在ROHS和无铅工艺的引导下，SONY的全系列机型都是用无铅工艺组装的。在国内代工厂的工艺不够成熟的情况下，C1,C2的带7400显卡的机型都被影响了。在正常温度的使用中，会随机的发生显卡底部锡球接触不良的现象。AR系列配备了7600的显卡，花屏原因基本一样。以上所有显卡缺陷，几乎都可以用重做BGA（Ball Grid Array Package）的方法换显卡或重植显卡来修好。二理论篇1为什么要自己动手？自己动手，丰衣足食，这是毛主席说过的话。的确，在过保后，有的厂商不断的推卸责任，维修站动不动就要价2000来维修显卡或换还是带有缺陷显卡的主板。我们要维权，我们要投诉315，当这些都做了以后，发现普通民众维权之艰难，成本之高昂，结果我们大多都暂时放弃了。但是生活还是要继续，电脑坏了，可是生活还是美好的，我们有亲爱的家人，美丽的恋人，还有很多够义气的朋友。电脑坏了，天不会塌下来，我们要带着一颗乐观向上的心情去继续生活。在明白显卡故障的原因后，愿意看这篇文章的朋友，也就是我们广大的初级中级高级DIYer们也是完全有能力自己修显卡的。2.动手前的思想准备做什么事情，要先做好思想准备，那就是要肯花几百块钱买做BGA的工具。我们要做的是显卡的BGA重植，做好后电脑就可以用了，做失败了，在大多数情况下还可以重来，就算显卡坏了，花百元左右也可以再买块新的。最坏的情况是，完全失败了，主板报废了，再买块主板，自己换，600-1000元左右。工具放家里还可以自己修手机，台式机，电视。实在没地方用还可以点烟，烧烤，烘干袜子，烧虫子玩儿.所以，买工具，不要有思想包袱,不要有后顾之忧。3.动手前的理论准备经常听人说，做BGA做BGA,BGA是什么？现在先来普及下科普知识：BGA技术（Ball Grid Array Package）即球栅阵列封装技术。该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但BGA封装占用基板的面积比较大。虽然该技术的I/O引脚数增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。另外该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。BGA封装具有以下特点：1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率 2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能 3.信号传输延迟小，适应频率大大提高 4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高BGA封装，为现今手机、笔记本电脑的小型化微型化作出了不可磨灭的贡献。但是，同时也是因为BGA，为更换芯片，换IC带来了很高的难度。因为连接两端的锡球在装好后是不能直接用肉眼看见的。看不见不能直接焊接,也不容易检查是否焊接成功。这些特点都为返修带来了很大的难度。大型BGA返修基地，用的都是上万几十万的大型BGA返修台。以下为雷科大型BGA返修台：BGA返修台.jpg (60.08 KB)2009-8-14 00:31我们普通消费者不可能用到。低成本的手动BGA，一般用热风或者红外间接加热焊接。今天我要介绍的是如何进行热风枪的手动BGA返修。常见的BGA返修出现的问题：1.焊接最高温度不正确，过低会虚焊，过高会连焊短路甚至烧坏IC、芯片等重要原件。2.焊接温度的曲线不正确，容易发生虚焊，锡球变脆等导致长期可靠性不高的结果。3.热风焊接的话，有可能会损坏主板周围的元件，导致故障面扩大。4.主板上的微小电容电阻等元件受热脱落，导致主板电路不完整，导致故障面扩大。既然BGA返修这么难，风险这么大,那我们平头百姓是不是就没办法尝试了呢?不是，我们普通的DIY,不需要懂主板电路图，不需要懂万用表的使用，就可以自己做BGA返修。这是因为现在的笔记本电脑主板，没有以前那么脆弱了，自检功能比以前强大的多，短路了一般都会阻止通电，所以不怕焊短路了。显卡芯片的封装更好了，没有以前那么容易受热击穿了。要符合ROHS规范，06年后大多笔记本电脑的主板都用的是高熔点的无铅焊锡，所以，我们取巧，用低熔点的有铅焊锡，就更容易在不损坏主板的情况下，焊接成功。BGA返修换显卡，不是简单的加热就了事。首先要了解锡球焊接的相关知识：参考专业资料回流焊曲线讲解，了解一下大型BGA返修台的工作原理，对我们手动BGA是很有参考意义的。当锡膏（锡球）至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段1.首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢(大约每秒3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。2.助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。3.当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。4.这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil，则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 也就是说,我们在焊接锡球的时候，不仅要温度正确，而且要使温度的变化也正确。我们没有可编程控制的温度输出，但是，我们可以手动旋转热风设备的温度旋钮或调整热风枪和显卡芯片的距离来模仿接近以上温度对时间的函数。例如以下典型回流焊温度曲线：下面我们详细分析下温度的控制和把握：参考此典型温度曲线：1.JPG (28.58 KB)2009-8-13 22:53理想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。预热区，也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区，产品的温度以不超过每秒25C速度连续上升，温度升得太快会引起某些缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度。预热区一般占整个加热通道长度的2533%。 活性区，有时叫做干燥或浸湿区，这个区一般占加热通道的3350%，有两个功用，第一是，将PCB在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差。第二个功能是，允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥发。一般普遍的活性温度范围是120150C。回流区，有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是205230C，这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒25C，或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性。 冷却区，理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系（函数曲线成对称关系）。越是靠近这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，得到焊接点的质量越高，结合完整性越好。虽然我们没有可编程的温控设备，但是，用手，200块的设备就可以拧出类似以上的效果！理论介绍结束，简单介绍一下，看懂以上内容已足够做BGA.有兴趣的朋友可以查阅相关资料。三实战动手篇笔者手上有一台花屏的SONY C22,花屏，已经BGA返修一次，花费300，无奈两个月后再次花屏，现象一模一样，结论是再次脱焊。再花300去返修，不合算。由于本人亲自观看过简单手动BGA的全过程。本人对相关理论学习后，总结归纳出以上要点，对手动BGA的工艺过程进行了改进。于是，花500元买了相关设备和耗材，直接实战BGA返修。准备的主要工具：1.国产安泰信8205大口径热风抢，柔和旋转风。2.国产安泰信853A小型热风预热台。准备的耗材和小工具：1.美国AMTECH助焊膏。2.杂牌0.5MM高铅锡球3.BEST精准镊子，夹锡球用。4.杂牌铜丝吸锡带。5.茶色隔热胶带6.90年代产杂牌旧电烙铁7.海绵两片8.医用酒精一瓶9.松香若干10.台灯一个11.自制铝合金支撑架12.GO 7400-N-A3 BGA植球钢网一片DSCF4363 (中).JPG (76.43 KB)2009-8-13 22:56DSCF4369 (中).JPG (66.02 KB)2009-8-13 22:59DSCF4368 (中).JPG (41.7 KB)2009-8-13 22:59DSCF4337 (中).JPG (72.17 KB)2009-8-13 22:59DSCF4281 (中).JPG (81.44 KB)2009-8-13 23:00实战过程:1.做温度采样实验做实验，是为了知道，在今天这个温度，湿度的环境下：1.手上的锡球熔点控制温度是多少2.锡球在显卡下面时，多少度刚好开始融化，多少度刚好完全融化3.手上的焊锡膏的活性温度是多少，沸点是多少4.在显卡下面时焊锡膏的活性温度是多少，沸点是多少考虑到热风枪是不带数显的，只有温度控制旋钮，所以只记录控制旋钮的温度就能在环境不变、风枪距离不变又不知道实际温度的情况下掌握焊接的温度。这是个相对温度。焊锡实际的温度要比控制温度低50-150度。首先感谢本友会的牧野天涯朋友对我研究的支持，他赠送给我一快DV2000 8400MGS显卡已损坏的主板。给我做温度采样实验和显卡植球练习带来了很好的材料。实验过程：1.采集锡球熔点控制温度热风枪风力3档，温度250度起步并慢慢上升，风嘴距离一元硬币上的锡球3CM。用旧镊子不断试探锡球，看是否融化。到325度时，锡球边软。350时，邻近锡球熔解成一个大锡球。可知，热风枪325度时，锡球达到熔点。350时，融化充分。2.模拟BGA焊接时，锡球的控制温度DSCF4378 (中).JPG (48.37 KB)2009-8-13 23:12热风枪风力4档，温度300度起步并慢慢上升。把锡球夹在废旧IC和铜片之间，加热并肉眼观察熔化情况。当夹层突然变窄时，可知锡球已经熔化并因为重力的原因开始焊接。记下这个温度，记为T1,本人的测试结果是375度。此控制温度用来取下显卡芯片。重做几次实验，并用在铜片上涂上焊锡膏，最高温度逐步上升10度，冷却后观察是否焊接牢固，并用热风抢吹下已经焊接的IC,观察相邻锡球是否连焊。找到一个最低的，焊接牢固又不连焊的温度，记为T2。本人测的的焊接控制温度为425度。3.采集焊锡膏的控制温度焊锡膏可以助焊，引导锡球焊接在正确的平面上，并携带热量使受热均匀，一定程度上也可以防止虚焊，漏焊。但是焊锡膏在到达沸点时，会冒气泡，导致锡球移位。所以焊锡膏的控制温度也要采集。在一片废旧芯片和铜片之间，涂上一定量的焊锡膏，用热风枪加热并缓慢升温。记录完全融化并四处扩散的温度和沸腾的温度。记为T3和T4。笔者实测为275度和450度。4.做温度控制曲线结合以上实验，绘制温度曲线：温度控制曲线.JPG (20.62 KB)2009-8-13 23:042.取下显卡芯片1.首先要干燥主板，防止水气在高温下损坏主板。把主板放在支架上，用书本垫高预热台，让预热台风嘴正对显卡正面，不开加热，冷风吹半小时。DSCF4383 (中).JPG (47.35 KB)2009-8-13 23:042.预热主板，防止主板受热变形先贴好隔热用的茶色胶布，主板正反两面都要贴，保护显存，显卡芯片晶圆，电容，南北桥和各种塑料插口，并取下主板电池。预热台调到100度，并用热风枪风力4档扫风整个主板表面。预热10分钟。DSCF4386 (中).JPG (113.45 KB)2009-8-13 23:04DSCF4399 (中).JPG (138.17 KB)2009-8-13 23:043.参考温度曲线，用热风枪加热显卡显卡朝上，预热台起始温度100度，热风枪起始温度100度，风力4档。秒表准备好，每秒钟同步旋转预热台和热风枪的温度控制旋钮，模拟温度控制曲线。预热台到250度时，只旋转热风枪的温度旋钮。热风枪275度维持一分钟，并合理的移动风嘴，使显卡均匀受热。最后，在半分钟内热风枪匀速调整到425度，维持5秒，感觉显卡被吹下来了就立即用镊子把显卡夹起来。放在安全的位置。最后关闭所有加热设备的加热开关，用冷却风冷却主板。显卡自然冷却5分钟。DSCF4381 (中).JPG (71.87 KB)2009-8-13 23:09DSCF4388 (中).JPG (117.56 KB)2009-8-13 23:09DSCF4389 (中).JPG (73.54 KB)2009-8-13 23:093.显卡的植球高质量的植球决定了好的BGA返修质量，高清洁度的焊盘决定了植球的质量。1.清洁显卡芯片焊版目的很简单，就是为了使植球的大小高度和形状趋近于绝对一致。配合吸锡铜编织带和电烙铁，把显卡焊盘上的残余锡全部吸干净。具体方法是，用热的电烙铁头压住吸锡带，并在焊盘上来回慢慢移动，使锡球都被吸收在铜编织带上。重复若干次，并用数码相机拍照放大，检查是否全部吸干净。最后用酒精加海绵清洗焊盘几次。使表面完全干净。DSCF4365 (中).JPG (59.83 KB)2009-8-13 23:09DSCF4432 (中).JPG (50.11 KB)2009-8-13 23:09DSCF4393 (中).JPG (49.61 KB)2009-8-13 23:17DSCF4396 (中).JPG (47.89 KB)2009-8-13 23:172清洁主板焊板方法同上，只是要更加注意电烙铁不要在焊板上停留过久，也不要误触到其他元件。DSCF4387 (中).JPG (125.08 KB)2009-8-13 23:093.干燥显卡和主板焊板，清洁植球钢网用预热台对准刚刚清洁过的显卡和主板焊板，风干半小时。这是保证植球时不发生爆裂的关键。DSCF4401 (中).JPG (56.64 KB)2009-8-13 23:31用酒精浸泡植球钢网5分钟，并用预热台干燥。4.正式植球在显卡焊板上用刷子涂上一层均匀的焊锡膏，再小心的蒙上植球钢网。下面弄个小碗，把锡球慢慢倒在钢网上，并用棉签搙均匀，并去掉多余的锡球。少数没有锡球的网孔，用镊子夹住锡球放进去，最后就成这个样子了。 DSCF4439 (中).JPG (40.43 KB)2009-8-13 23:31DSCF4407 (中).JPG (54.96 KB)2009-8-13 23:17DSCF4408 (中).JPG (49.45 KB)2009-8-13 23:17DSCF4413 (中).JPG (42.83 KB)2009-8-13 23:17DSCF4415 (中).JPG (67.85 KB)2009-8-13 23:17钢网不要取下，热风枪调到350度，风力3档。把显卡固定好，均匀加热。观察到锡球全部变亮并有缓慢蠕动下沉时，再均匀加热5秒钟即可。自然冷却15分钟后。取下钢网，可以看到锡球基本已经到位。用牙刷和酒精清洗焊板，虚焊的锡球也会马上掉下来。缺少的锡球位用镊子夹锡球补上，注意要再涂层焊锡膏，不用上钢网，直接再用热风枪加热。最后用数码相机拍照放大或用放大镜检查各个锡球是否大小几乎绝对一致，高度几乎绝对一致。不合格的，哪怕只有一颗，就要用电烙铁配合吸锡带刷掉必要区域的锡球，再植球，检查，清洁，风干。如此重复，直到锡球完美。一般来说，这个过程要一小时到两小时。最后得到完美植球的显卡。4.显卡的回流焊对准显卡原来在主板上的位置，也就是显卡芯片边缘白色四边形方框几乎绝对一致。回顾一下控制温度曲线，这个温度对时间的函数严格来说是为回流焊服务的。复件 温度控制曲线.JPG (20.62 KB)2009-8-13 23:55同取下显卡芯片的开头一样，首先干燥整个主板。预热台不开加热，风干半小时，显卡芯片也风干半小时。然后，在主板焊板上均匀的涂一层焊锡膏，可以适量多涂一点。显卡正面朝上并对准显卡方框，在显卡上水平正对放置一块一元硬币。调整支架水平，预热台起始温度100度，热风枪起始温度100度，风力4档，预热5分钟。预热完成后，就开始要在走回流曲线了。秒表准备好，每秒钟同步旋转预热台和热风枪的温度控制旋钮，模拟温度控制曲线。预热台到250度时，只旋转热风枪的温度旋钮。热风枪275度维持一分钟，并合理的移动风嘴，使显卡均匀受热。最后，在半分钟内热风枪匀速调整到425度，维持5秒，感觉焊锡膏有沸腾的趋势，一元硬币有下沉后，果断关闭所有加热设备的加热开关，用余热风冷却主板。最后用万用表测试是否焊接成功或干脆直接把机器瓶装起来看是否成功。到此，BGA返修基本完成。DSCF4422 (中).JPG (128.98 KB)2009-8-13 23:35DSCF4423 (中).JPG (121.71 KB)2009-8-13 23:35DSCF4421 (中).JPG (101.02 KB)2009-8-13 23:31如果不成功，很可能是加热温度不够，可适量提高加热温度上限，对显卡进行再加焊。方法是，在之前的基础上，在显卡边缘注入适量焊锡膏，再走一遍控制温度曲线。一般加焊一两次就能成功，实在不行，全部重做，务必注意清洁干燥风干等步骤不能省略。最终，此台花屏的SONY C22恢复青春。DSCF4425 (中).JPG (60.43 KB)2009-8-13 23:245.细节补完最需要耐心的就是显卡的植球了。显卡的植球，是决定成败的关键。如果一片锡球中有一个大小或高度与其他的不一样，就要想办法改正，提倡用电烙铁加吸锡带除掉尽可