[TUTORIAL]Guida al reballing di Xbox 360

[ZioPippoSSJ]

Con questa guida voglio andare a descrivere nel dettaglio il processo di riparazione tramite reballing e prenderò come esempio la GPU di una console XBOX 360, commentando nei limiti del possibile ogni step della lavorazione.

Il procedimento ovviamente è da ritenersi valido per qualsiasi tipo di componente BGA.

Per meglio capire le motivazioni della necessità di tale operazione rimando all'ottima guida realizzata da Raiden.

Cominciamo con l'elencare tutto il materiale occorrente:

1) Rework Station (nel mio caso una ZhuoMao ZM-R380B ibrida con preriscaldatore infrarossi da 2.4KW e top Hot Air da 800W di tipo scirocco).
2) Staffa di supporto per la scheda madre.
3) Reballing Jig e relativi stencil.
4) Balls da 0,6mm
5) Flussante in pasta.
6) Vasca per pulizia e lavaggio a ultrasuoni (opzionale).
7) Saldatore per lead free con punta piatta o a "fetta di salame".
8) Termocoppie a volontà.
9) Treccia stagno-assorbente, nastro in Kapton, nastro in allumino, pompa a vuoto, solvente tipo acetone, pinzette smd antistatiche, bracciale o guanti antistatici.
10) Ecc...

Possiamo idealmente suddividere la lavorazione in quattro fasi, più quella della ceazione del profilo, che andremo ora a vedere nel dettaglio.

PREPARAZIONE

Per prima cosa, una volta smontata la scheda madre, puliamo la GPU dai residui di pasta termica e, se presente, rimuoverne la colla ai bordi prima di iniziare.

Per quanto riguarda la pasta termica procedere con la rimozione meccanica della stessa tramite un punteruolo in ceramica (evita graffi all'integrato e eventuali scariche elettrostatiche, in alternativa potete usare uno stuzzicadente in legno); una volta rimossa la maggior parte procedete alla pulizia finale con un q-tip imbevuto di solvente tipo Avio o Acetone.

La colla invece può essere facilmente rimossa con lo stesso punteruolo, o con delle pinzette, una volta bagnata con l'acetone oppure quando ha superato i 70/80°C gradi; personalmente la rimuovo tramite pinzette e acetone.

Una volta pulita procediamo a fissare la piastra madre alla staffa, questo è importantissimo per prevenire deformazioni e imbarcamenti; proseguiamo ora proteggendo le ram (vedi foto), situate nel lato inferiore dalla scheda madre, con del nastro di alluminio che, riflettendo gli infrarossi ne impedisce il riscaldamento.

Non vogliamo che le interconnessioni di altri componenti, non interessati dalla lavorazione, vengano alterate in nessuna maniera quando non necessario.

N.B. Se viene utilizzata una macchina Full IR proteggere con il nastro di allumino anche il PCB e i componenti attorno alla GPU, se si utilizza invece una macchina ibrida non è necessario dato che l'ugello limita il flusso d'aria alla zona interessata.

Dal lato superiore della scheda madre è necessario invece proteggere i condensatori elettrolitici quando si va a lavorare vicino a questi per prevenirne l'esplosione con il conseguente rilascio di vapori d'acido.

Vanno protetti quindi quelli nelle vicinanze di CPU, HANA o SouthBridge quando andiamo a lavorare su questi.

A titolo informativo il nastro in kapton invece lascia passare gli infrarossi.

Terminata la preparazione posizioniamo la scheda madre nella reballing machine, il lato inferiore del PCB dovrebbe trovarsi a circa 5/7cm degli elementi ceramici del preriscaldatore. L'ugello del top deve stare a circa 2/3millimetri dal pcb e siamo pronti per iniziare a lavorare.

CREAZIONE DEL PROFILO

Qua viene "il difficile" e sorgeranno molte domande alle quali non è possibile rispondere per il semplice fatto che ogni configurazione è diversa e non esiste un setup universale applicabile a tutti.

Per sviluppare un profilo per il proprio macchinario occore prima di tutto conoscerlo..e per farlo dobbiamo cucinare parecchie piastre.

Conoscendo prima a cosa andiamo incontro possiamo ridurre e di molto questo numero studiando un profilo a tavolino e modificandolo in corso d'opera senza "immolare" una piastra a ogni tentativo.

Per prima cosa dobbiamo trovare la rampa di salita fisiologica del nostro preriscaldatore cioè di quanti gradi riesce a salire in un unità di tempo; questo parametro non è impostabile e va verificato "sul campo"; nel mio macchinario per temperature impostate comprese tra 150 e 250°C e rilevate a 1cm di distanza dalle ceramiche, la rampa di salita fisiologica è di poco superioire 0,5°C/sec quindi per poter passare dalla temperatura ambiente di 20°C a una temperatura ipotetica di 200°C saranno necessari circa 6minuti ((200°C-20°C)/0,5°C/sec =360sec ).

Questo ci serve per capire quanto tempo rimarrà la nostra piastra sul macchinario in funzione senza che questo sia in temperatura.

E' bene ricordare che il preriscaldamento è la fase più importante di tutto il processo, un preriscaldamento troppo breve ci obbligherà a dover erogare dal top temperature più alte per ottenere quelle desiderate e noteremo uno scostamento tra la temperatura erogata e quella rilevata.

Quando leggete su vari lidi di persone che nei loro profili impostano 250°, 270° o persino oltre semplicemente non hanno sviluppato un profilo corretto sbagliando la temperatura di preriscaldamento o la durata oppure ultizzando attrezzature non adeguate alla lavorazione di piastre e integrati di queste dimensioni.

UN PRE ADEGUATO DEVE ESSERE GRANDE ALMENO QUANTO LA PIASTRA MADRE E EROGARE MINIMO 2KW DI POTENZA

L'ideale sarebbe 2.4kw o più.

Chiariti questi concetti possiamo iniziare posizionare una scheda madre di test nella nostra stazione e, una volta posizionate le termocoppie rilevare, le temperature sulla nostra scheda.

Io consiglio di rilevare le temperature almeno in 3 punti per studiare il preriscaldatore, uno dal lato inferiore al centro della GPU, uno dal lato superiore a lato della GPU e un altro ad almeno 5/7cm di distanza e segnare tutte le temperature nei 3 punti ogni minuto per circa 12/15 minuti (cioè per quello che sarà la durata totale del processo finale).

Per trovare la temperatura adeguata di preriscaldamento dobbiamo tenere presente che la scheda madre durante le operazioni deve stare per tutto il processo a 150/160°C senza il contributo del TOP (è la temperatura limite entro la quale le saldature non vengono influenzate, si può salire comunque senza problemi fino a 180/190°C per poter lavorare con delta termici del top inferiori).

La temperatura da impostare sul preriscaldatore ovviamente dipende dall'attrezzatura in nostro possesso, io parlerò solo di temperature rilevate sulla piastra o sui giunti.

Ora che sappiamo come muoverci col preriscaldatore dobbiamo cominciare a lavorare col TOP e dobbiamo munirci di altre termocoppie per misurare la temperature ai 4 lati della GPU per assicurarci di avere la stessa temperatura su tutti e 4 i lati o comunque misurare il delta termico tra il lato piu caldo e il lato più freddo.

Col mio macchinario ho un ottimo controllo e uniformità di temperatura e il delta è di massimo 1 grado, questo delta dipende molto dall'uniformità del flusso d'aria del TOP ma anche da un corretto preriscaldamento, se questo è insufficiente le masse termiche sposteranno il calore in altre zone alzando questo delta.

Ora che possiamo rilevare tutte le temperature possiamo proseguire con la lavorazione che può essere teoricamente suddivisa in 3 fasi:

- Presicaldamento (solitamente suddiviso in due ulteriori fasi, la prima di più lunga durata con temperature di 155/160°C e una seconda più breve di 180/190°C).
- Attivazione (con temperatura di circa 5/10°C inferiore alla temperatura di fusione teorica della lega).
- Liquefazione (con temperature, misurate sui giunti, superiori alla temperatura di fusione teorica della lega usata di non meno di 10°C in base alla dimensione del componente, alla lega usata e al delta del nostro macchinario).

Fissiamo comunque dei paletti oltre i quali non doppiamo andare:

- I limiti della maggior parte dei componenti sono 240°C per 40 secondi oppure 260°C per 10 secondi.
- La fase di fusione non deve durare più di 90 secondi, considerando anche eventuali rampe intermedie di salita in base al vostro profilo. 1/2°C è il delta di temperatura targhet ai lati dell'ic.
- La permanenza della lega in fase liquida (TAL) non deve essere di durata superiore ai 60 secondi.
- Se non riusciamo a ottenere le temperature desiderate o il delta T tollerabile dobbiamo riguardare la fase di preriscaldamento prima di variare le temperature del top. - La temperatura di fusione della lega lead free utilizzata è di 217°C, l'integrato potrà essere sollevato ad una temperatura di circa 225°C.

Abbiamo ora tutte le informazioni necessarie per poter procedere nella creazione di un personalizzato adatto ai macchinari posseduti, una volta trovato possiamo procedere con la fase di lift!

LIFT DELL'INTEGRATO

Una volta giunti al termine dell'esecuzione del profilo ci troviamo nella condizione che la nostra GPU, o qualsiasi altro integrato sul quale stiamo lavorando, sta galleggiando sullo stagno liquido la cui tensione superficiale è però in grado di sostenerne il peso.

Lo stagno in questo momento è suffientemente liquido da consentire la rimozione della GPU tramite una pompa a vuoto senza danneggiare le piste e i pad sottostanti.

Con un profilo errato si possono presentare i seguenti scenari:

- Non viene raggiunta la completa fusione di tutte le balls e, al momento del lift, le balls che non ancora fuse strappano letteralmente i pad ai quali sono saldate.
- La temperatura troppo elevata delamina l'integrato (si distaccano gli strati che lo compongono, di solito nella parte più esterna è possibile identificare delle bolle).
- La temepratura raggiunta è troppo elevata e si verifica lo spandimento della lega, le balls si uniscono schiacciate dal peso dell'integrato che "affonda" (viste le temperature raggiunte la gpu è gia danneggiata irrimediabilmente da un pò..)

Se l'aumento di temperatura nelle schede o componenti multistrato è troppo veloce (ad esempio con rampe di salità troppo ripide oppure se si posiziona una piastra sul preriscaldatore già in temperatura dovendo reballare più schede, una dopo l'alra) può raccogliersi al loro interno dell'umidità che, una volta trasformatasi in gas superati i 100°C, nel tentativo di fuoriuscire, tende fare scoppiare l'integrato con il cosiddetto "effetto popcorn".

Una volta sollevato l'integrato procediamo prima con la rifusione della lega con dello stagno al piombo e poi alla rimozione di tutto lo stangno presente con la treccia imbevuta di flussante e un saldatore per lead-free con punta piatta o a fetta di salame sia sulla scheda madre (è bene svolgere quest'operazione immediatamente dopo la rimozione della GPU quando la scheda madre è ancora attorno ai 150°C per facilitere l'operazioni e ridurre il rischio di danneggiare la stessa) che sulla GPU.

Verificare che non vi siano dei residui di stagno su nessun pad, è molto importante per un corretto posizionamento delle sfere nella fase di reballs dell'integrato e nella fase di saldatura sulla scheda madre. Se tutto è ok possiamo passare alla fase di reballing.

REBALLING

Questa fase consiste nel riposizionare e saldare tutte le balls sulla GPU.

Per farlo dobbiamo posizionare il processore, una volta rimosso tutto lo stagno, nella jig, nel mio caso una Honton HT-90.

Dobbiamo spalmare la parte interessata di flussante con un pennellino antistatico

Se utilizziamo balls con piombo i migliori sono il Kingbo RMA-218 o l'Amtech RMA-223-UV; se invece usiamo balls senza piombo consiglio l'Amtech NC-559-ASM-UV, tutti i flussanti indicati sono No Clean.

Le balls da usare sono da 0,6mm e potendo ovviamente è meglio utilizzare balls leaded Sn63Pb37, in alternativa, se avete la necessità che la console non perda la certificazione ROHS, balls lead free Sn96,5Ag3Cu0,5.

Una volta spalmato in maniera uniforme un leggero strato di flussante, posizionare la parte superiore alla quale viene fissato lo stencil e "versare" le balls sopra di esso; compiendo dei piccoli movimenti e aiutandosi con una pinzetta smd antistatica facciamo in modo che tutte le balls siano posizionate correttamente, dopo possiamo procedere alla rimozione delle balls in eccesso.

Il flussante in questa fase svolge due funzioni, la prima "adesiva", cioè le balls si "incollano" al processore una volta posizionate dallo stencil e questo ne limita lo spostamento, la seconda (che poi è la principale ovviamente) in fase di fusione prepara le superfici metalliche alla saldatura.

L'altezza dello stencil dall'integrato deve essere di circa il 60% del diametro delle balls usate per garantirne il corretto posizionamento; in uno stencil posizionato troppo ravvicinatamente si incastrerebbero molte balls nei fori incollate dal flussante, al contrario in uno stencil troppo distante una seconda balls potrebbe posizionarsi sopra alla prima (la si vedrebbe comunque "sporgere" dallo stencil) o addirittura le balls potrebbero muoversi al di sotto dello stencil.

SALDATURA

E' la fase cruciale, più breve da descrivere ma più difficile da realizzare.

Per prima cosa dobbiamo pulire perfettamente da tutti i residui di flussante sia dal processore che dalla piastra madre con un solvente, ad esempio acetone; avere una piastra leggermente in temperatura aiuta ma ricordate che la temperatura di ebollizione dell'acetone è di poco inferiore a 60°C.

Una volta fatto dobbiamo posizionare correttamente l'integrato, ci sono vari strumenti che ci possono aiutare nel compito, sulle stazioni più costese è un processo automatico e viene posizionata con controllo ottico o numerico, noi, lavorando manualmente possiamo sfruttare le serigrafie stampate sulla piastra madre che devono essere visibili su tutti e quattro i lati.

La tolleranza entro la quale si verifica l'allinemento dell'integrato durante la fase di saldatura de i poco inferiore a 0.02mm, molto poco ma vi assicuro che è fattibilissimo posizionare la gpu a mano senza l'ausilio di altri strumenti.

Possiamo comunque usare un microscopio usb un prisma o quant'altro. A questo punto dobbiamo eseguire nuovamente lo step di creazione del profilo, se già non l'abbiamo, tenendo conto della lega usata.

Se stiamo utilizzando balls SnAgCu possiamo usare lo stesso profilo utilizzato per il lift, se stiamo usando balls SnPb dobbiamo creare un nuovo profilo tenendo presente che questa lega fonde a 183°C e che questo tipo di lega, quando si trova in stato liquido, ha una tensione superficiale minore che ne aumenta la spandibilità, quindi il range di temperatura finale deve essere più limitato rispetto alle leghe leadfree, se questa viene innalzata troppo è molto facile ottenere dei corti tra le balls.

Una volta terminata la fase di saldatura è possibile spostare la scheda madre quando la sua temperatura è scesa al di sotto dei 150°C, pesonalmente non la sposto fino ai 70°C..non voglio mica scottarmi :P Per verificare se il procedimento è andato a buon fine dobbiamo soltanto montare i dissipatori e alimentare la console.

Se il profilo utilizzato è errato ci sono due possibilità:

- Non abbiamo raggiunto la fusione di tutte le balls e in questo caso avremo errori classici come E74 (1022), RROD 0100, RROD 0102, RROD 0103, RROD 0200.
- Sono presenti dei corti tra le balls dovuti o a un errato posizionamento o alla temperatura di fusione troppo elevata e in questo caso visualizzermo errori diversi dai precedenti come RROD 0020 e RROD 0021.

Nel primo caso possiamo ovviare riportando a fusione la lega, una volta adeguato e corretto il profilo (capiterà sicuramente e sarà utile per poter affinare il proprio profilo essendo certi di aver posizionato correttamente il processore); nel secondo caso dobbiamo cominciare da capo rimuovendo l'integrato e procedendo nuovamente al reballing sempre se la temperatura troppo elevata non lo ha danneggiato.

Per poter verificare basta con un tester verificare l'impedenza tra i due punti visibili in foto; una GPU perfettamente funzionante ha valori compresi tra 1.7 e 1.9Ohm. E' possibile misurare anche valori differenti ovviamente, tra 0 e 1Ohm la gpu è sicuramente non funzionante; tra 1 e 1.7 non dovrebbero esserci grossi problemi, provate. Sopra i 2Ohm di solito sono le GPU delaminate.