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Grafikchipreparatur selbst durchführen

Ein Artikel über die sogenannte Grafikchipreparatur bei zwei Notebooks. Ich erkläre wie ich mit einer Hilfskonstruktion aus einem Einweggrill und einer Heißluftpistole die BGA-Chips bei beiden Geräten nachgelötet habe.


Einleitung

Seit einigen Jahren bin ich Besitzer eines IBM-Thinkpad T42. Zugegeben, es ist nicht das neueste Modell (geschrieben im Jahre 2013), aber dennoch irgendwie großartig. Es ist leise, zuverlässig und unheimlich schwarz und eckig. Mit SSD, reichlich RAM und Windows 7 lässt sich damit immer noch ganz vernünftig arbeiten.

Irgendwann vor nicht allzu lager Zeit, erschienen plötzlich für ein paar Sekunden Streifen und seltsame Effekte auf dem schönen 4:3 Display, dann ging nichts mehr. Leider war das Problem reproduzierbar und wollte nicht einfach so wieder verschwinden, wie es gekommen ist. Ich wusste, es ist soweit! Im Thinkpadwiki hatte ich einmal etwas vom so genannten Flexing gelesen. Es handelt sich dabei um Risse in den Lötzinnkontakten von BGA-Chips, die unter anderen durch Biegung der Systemplatine entstehen können.

Oder umgekehrt, denn beim T42 hatte ich immer den Eindruck, dass die Chips das Gehäuse vor Biegung schützen sollen.

Beispielfehler eines defekten Grafikchips
Leider habe ich vom defekten Thinkpad kein Foto aufgenommen, hier dafür ein Bild von einem Medion Notebook mit einem ganz ähnlichen Problem.

Das Problem soll hauptsächlich bei größeren Chips, wie dem Grafikchip und der Southbridge auftreten. Die Sache ist nicht auf dieses Gerät beschränkt und tritt bei allen möglichen Herstellern und Modellen auf. Ebay ist voll mit solchen Geräten. Scheinbar eine Möglichkeit der geplanten Obsoleszenz. Stellen Sie sich vor, alle würden ein Notebook 10 Jahre oder länger nutzen? Schließlich soll die Computerindustrie doch eine Wachstumsbranche bleiben und die vielen Geräte die kurz nach dem Ablauf der Garantie ableben, könnten keine Rohstoffe für tolle neue Geräte zur Verfügung stellen. (Das war jetzt ironisch gemeint.)

Also was nun? Da ich einen Ersatz brauchte, wurde ein anders T42 bei Ebay erstanden. Der Lüfter sollte bei diesem Gerät defekt sein und das Gerät sollte intensive Verkrustungen aufweisen. Beides war nicht der Fall. Nur der Akku war wie beschrieben wirklich nicht mehr der Beste. Jedenfalls habe ich die Sache mit der geplanten Organspende nicht übers Herz gebracht und das Mainboard blieb bei der Neuanschaffung an Ort und Stelle und das alte Alte (wiederholtes Wort ist Absicht) und defekte Notebook wurde zum Freiwild für einen Reparaturversuch erklärt. Verschlimmbessern lies sich ja nichts mehr.

Das Internet lieferte Ansätze von extrem DAU's und absoluten Vollprofis.
Nachfolgend einige Beispiele, wobei Ihnen die Wertung und Einteilung in eine der beiden zuvor genannten Kategorien überlassen wird.

Und übrigens: Vergessen Sie auch die Sache mit dem Backofen. Viele Kunststoffbauteile vertragen diese Methode nicht, z.B. Buchsen, Steckkontakte usw.


Materialien, Konstruktion

Es gibt diverse Anbieter für so genante Chipreparaturen. Aber leider keine Bilder der Ausstattung bzw. der Geräte zum nachbraten von BGA-Chips. An das so genannte Reballing mit dem Lötklolben glaube ich nur bedingt, dann eher an das fliegende Spaghettimonster.

Nach drei Monaten geistigem Leerlaufs zu diesen Thema, kam mir beim Anblick eines von mir persönlich gebrauchten Einweggrills die zündende Idee die Erleuchtung!!!, auch wenn dieser bereits abgebrannt war.

Der Einweggrill-BGA-Toaser !!!

Der Einweggrill! Eine der besten Erfindungen in der Wegwerfgesellschaft! Es grillt sich mit Heißluftpistole und Einweggrill besser als ohne Einweggrill!

über die Konstruktion eines BGA-Toasters hatte ich schon vorher nachgedacht, allerdings war mir zum einen das Material zu schade, zum anderen die benötigte Zeit zu viel und der Glaube an einen Erfolg zu gering.

Nun war auf einmal das passende leicht zu verarbeitende Material vorhanden. Der Grill ist aus ca. 0,1 mm starken Aluminiumblech, dass man ganz einfach mit einer Haushaltsschere schneiden kann. Die Konstruktion besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. [ Nur 2 und ohne Schrauben! ]

Einen Aufsatz für den Chip, der nach den Abmessungen des Selbigen angepasst wird und einem Rohr zur Heißluftübertragung von der Heißluftpistole. Grill und Heißluftpistole kannten sich bereits.

Ich hatte vorher im Baumarkt nach geeigneten Materialien gesucht und nichts gefunden. Das dünnste flexible Alurohr hatte 100 mm Durchmesser. Alle Spraydosen, die sich im Haushalt fanden, waren entweder voll oder hatten den falschen Durchmesser. Neues Aluminiumblech zu verbasteln war mir etwas zu schade. Deshalb kam der Einweggrill genau richtig.

Die nachfolgend beschriebene Methode liegt vermutlich irgendwo zwischen der Bearbeitung des Chips mit dem Flammenwerfer bei ca. 1300 °C (Minigasbrenner) und dem vollprofessionellen Reballing. Wobei die Tendenz mehr zum Flammenwerfer neigt.

Die Uhrsache liegt wie bereits oben beschrieben an einem Abriss der Lötzinnkugeln zwischen Leiterplatte und Chip. Dies führt zu einem Wackelkontakt im klassischen Sinne. Der eigentliche Chip ist nicht defekt und wird auch nicht repariert. Die Lötverbindungen müssen kurz an- bzw. aufgeschmolzen werden, damit wieder eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Wenn man nachträglich Blei hinzufügen könnte wäre das noch besser.

Der Chip darf nur soweit erwärmt werden, um das Lötzinn darunter kurzzeitig zum Schmelzen zu bringen, ohne den Chip zu zerstören, ohne das Bauteile auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (des Mainboards) abfallen und das andere Teile überhitzt werden. Mit der Backofenmethode dürfte das etwas schwer werden.

Es stellt sich dann als Frage, welche Temperatur ist die Richtige und wie lange darf diese einwirken? Damit wird es auch schon etwas schwierig. Ich habe nicht viel finden können, Auch auf den Seiten der Grafikchipanbieter nicht. Die wichtigsten Hinweise lieferte mir ein Datenblatt von Motorola in dem auch ein Temperaturverlauf zu finden war:

Temperaturverlaufskurve BGA Chip löten
Kurve zum Temperaturverlauf beim BGA-Löten nach Motorola.

Plastic Ball Grid Array (PBGA), by Andrew Mawer, Motorola, Dokument AN1231:

Um einen derartigen Temperaturverlauf umzusetzen, müssen 2 Dinge erfüllt sein:

  • Man muss die Temperatur messen können und
  • man benötigt eine Regelung.

Beides ist nicht unmöglich, aber aufwendig. Ich entschied mich für die intuitive Methode.

In der Industrie werden BGA-Chips entweder in speziellen Warmluftöfen mit computergesteuerter Temperaturregelung verwendet (teilweise unter Stickstoff) oder Durchlauföfen mit verschiedenen Temperaturzonen. Da beides nicht greifbar war, kam mir die Heißluftpistole gerade recht. Laut Bedienungsanleitung soll die Heißluftpistole in der 1. Stufe eine Temperatur von 350 °C und in der 2. Stufe 550 °C liefern. Beides hört sich erst einmal viel zu hoch an. Wie sich herausstellte, macht dies aber nichts.

Die Luft muss dann noch an die entsprechende Stelle gelenkt werden. Das Mainboard direkt mit der Heißluftpistole zu befeuern, gleicht einem dieser amerikanischen chirurgischen Militärschläge, Sie wissen schon. Also lassen wir das lieber.

Aus dem Einweggrill, den ich vorher abgewaschen habe (nicht in die Geschirrspülmaschine geben) wird dann die Luftleitapparatur konstruiert. Die Einzelteile wurden zusammengefalzt oder zusammen gebördelt. Die Konstruktion basiert auf Verwirbelung der Luft im innerem.

Oben entseht ein Schlitz, mit dem man die Luftströmung durch Verbiegen des Bleches anpassen kann. Unten wird ein Guckloch hereingeschnitten. Diese öffnung dient zur Kontrolle der Temperatur und als Luftausgang.

Vorrichtung zur Erwärmung des Grafikchips Version 1
Hier die Konstruktion aus dem Alublech der Einweggrills.
Der Durchmesser für den Anschluss der Heißluftpistole beträgt 38 mm.
Download Zeichnung als PDF
Vorrichtung zur Erwärmung des Grafikchips Version 2
Ursprünglich hatte ich mir die Sache eher so vorgestellt.
Leider kann man nicht alles haben.

Nun zur Temperaturmessung und Regelung:
Es gibt keine! Zum Bestimmen der Einschaltzeit der Heißluftpistole nimmt man am besten Tests mit einem kapputten Mainboard oder anderen Leiterplatten vor. Dieses muss unbedingt mit demselben Lötzinn, verbleit oder bleifrei gelötet sein, denn die Schmelztemperatur bzw. Arbeitstemperatur von bleifreiem Lötzinn liegt mit Temperaturen > 230 °C ca. 40 - 50° über der von verbleitem Lötzinn. Alle neuern Geräte, auf denen sich eine RoHS Kennzeichnung befindet, sind bleifrei gelötet.

Man testet dann, wie lange man einen Chip beheizen muss, bis sicht dieser leicht von der Leiterplatte löst, ohne dabei zu verkohlen und vor allem, dass mann ein Gefühl für die Schache bekommt.


Grafikchipreparatur

Das Notebook wird soweit wie möglich oder nötigt zerlegt. Wenn man nicht weiß, wie das Gerät zu zerlegen ist, sucht man am besten vorher nach einer Anleitung oder dem Service-Manual zum Notebook im Internet. Dann versucht man, den jeweiligen übeltätigen Chip zu bestimmen. In der Regel ist dies der Grafikchip oder die Southbridge, seltener sind es auch andere.

Nachfolgend finden Sie jeweils ein Bild von der "Reparatur" des oben beschriebenen Thinkpads und eines Mediongerätes. Der zugehörige Text befindet sich jeweils unter dem 2. Bild. Für eine größere Ansicht und mehr Informationen bitte die Bilder anklicken.

Chipquetsche aus Vierkantrohr, Gewindehalter und M8 Polyamidschraube

Chipquetsche mit Schraubzwinge

Durch ausüben von Druck auf den Chip, kann man den Wackelkontakt provisorisch schließen und testen, ob das Notebook wieder funktioniert. Manchmal reicht bereits ein leichter Druck mit dem Finger. Bei einen andern gerät war bereits eine Schraubzwinge erforderlich. Dabei muss man auf die Vermeidung von Kurzschlüssen achten. Ich verwendete einen Isolierlappen vom Modell "flink und sauber".

Notebook komplett zerlegt

Lötzinnstück als Temperaturindikator

Wenn man den Chip lokalisiert hat, wird der umliegende Bereich mit Alufolie abgedeckt (Akku und auch die CMOS-Batterie sollte man vorher entfernen). Besonders gut eignet sich dicke Aluminiumfolie mit einem temperaturbeständigen Kleberand. Die Folie gab es in einem TFT-Monitor, normale Haushalts Alufolie geht natürlich auch. Als Temperaturindikator legte ich ein kleines Stück Lötzinn mit Flussmittelseele auf den Chip. Ich hatte nur bleihaltiges Lötzinn. Beide Fotos stammen vom Medion Notebook.

Positionierung des BGA-Toasters

BGA-Toaster beim Medion-Nootebook

Dann wir der "BGA-Nachbräter" über den Chip positioniert und die Heißluftpistole in die richtige Stellung gebracht. Während des Nachbratens dürfen keine Bewegungen auf den Chip ausgeübt werden. Das Netzkabel der Heißluftpistole muss auch fixiert werden, um beim ziehen des Steckers keine Kräfte auf den Chip zu übertragen. Am besten wäre es natürlich wenn man zusätzlich mit Unterhitze arbeiten würde z. B. die Platinenunterseite mit einem Fön beheizen würde.

Wie auf dem unteren Foto zu sehen, musste das Medion Notebook komplett zerlegt werden, da der Grafikchip auf der Unterseite verbaut ist.

Nach Prüfen der Teile auf sicheren Stand habe ich den Chip mit Stufe 1 der Heißluftpistole ca. 2 - 3 Minuten vorgeheizt. Sichtlich passiert erst einmal nichts. Dann schaltete ich auf stufe 2. Nach weiteren 1-3 min begann das Zinn auf den Chip schlitzen und sich zu einer Kugel zusammenzuziehen. Ich ließ die Heißluftpistole dann noch ca. 2 Minuten laufen, da die Wärme noch durch den Chip dringen muss. Zum Ausschalten zog ich einfach den Stecker. Dann lässt man alles, ohne Teile der Apparatur zu berühren, auskühlen.

Auf keinem Fall darf versucht werden den Chip "festzudrücken" oder ähnliches (siehe Youtube)!

Wenn alles ausgekühlt ist und man die Abdeckfolien entfernt hat, kann ma einen Versuch wagen.

Versuche beim Thinkpad

Auch das Medion Notebook funktioniert wieder

Wie man sehen kann, waren beide Versuche erfolgreich. Beim Thinkpad habe ich mehrere Versuche mit jeweils etwas verlängerter Einschaltzeit der Heißluftpistole benötigt bis es wieder funktionierte.

Videos

Die Videos wurden von der Reparatur des Medion-Notebooks für einen Freund aufgenommen und finden jetzt hier ihren Platz. Das Video zeigt den aufgesetzten BGA-Toaster mit originalem Sound der Heißluftpistole. Das Video ist auf Grund der Langweiligkeit gekürzt. Die ganze Prozedur dauerte ca. 8-9 Minuten. Das Zerlegen des Notebooks hat übrigens fast 2 Stunden gedauert.
Im 2. Video ist der Test des Mainboards nach dem Abkühlen (ca. 5min warten) zu sehen. Beim Testen ist darauf zu achten, dass keine Kurzschlüsse produziert werden.
Das 3. Video ist ca. eine Stunde später, als alles wieder zusammengebaut war aufgenommen wurden. Erstaunlicherweise funktionierte es dann immer noch. Wie immer bei meinen Reparaturen war ein wenig übrig geblieben. 2 Schrauben und ein Wärmeleitpad (vielleicht geht's auch ohne). Wärmeleitpasten und Pads sind übrigens komplett zu erneuern.

Ergebnisse / Fazit

Mögliche Ergebnisse / nächster Schritt:

  • Das Notebook funktioniert wieder? > Zusammenbauen und freuen.
  • Der Fehler tritt nach ein paar Minuten wieder auf > nochmals etwas länger erwärmen und ggf. vor dem Erwärmen ein gutes, stark mit Alkohol verdünntes Flussmittel unter den Chip spritzen.
  • Der Fehler ist unverändert ? > Nochmal etwas länger erwärmen.
  • Jetzt passier gar nichts mehr ? > Entweder es war zu warm, zu lang und der Chip ist hinüber oder einfach nochmal probieren.

Fazit:
Ich wollte hier eine Methode vorstellen wie mit einfachen Mitteln eine sogenannte Grafikchipreparatur durchzuführen kann. Sie hat bisher in 2 von 2 Versuchen funktioniert. Das heißt, die Notebooks laufen wieder fehlerfrei. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass mehr Schaden als Nutzen angerichtet werden kann, wenn nicht alle Hinweise befolgt werden.

Nachtrag:
Eine wirklich gute Anleitung zum zerlegen des Medion-Notebooks ist unter http://anty.bplaced.net/medion/ zu finden.

Autor: , 05.11.2013

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Antwort:  

Name: Andreas Datum: 19.04.2017

Hallo, es ist Wichtig grade beim sogenannten reheating ( Aufwärmen bis das Lot flüssig wird) ein Flussmittel zu nutzen. die Preise richten sich da nach der Hochwertigkeit des Flussmittels. Das Flussmittel hat die Aufgabe das Lötzin wieder aufzufrischen. Das Flussmittel einfachen unter dem GPU laufen lassen bis es an der anderen Seite wieder austritt.

Antwort: Danke für den Hinweis.

Name: H. Peil Datum: 09.06.2016

Hallo, ich habe auf den Chip ein 15mm x 15mm x 1.5mm Kupferpad (mit einen kleinen Streifen Lötzinn) gelegt und dann nach einer kurzen Anwärmzeit den Chip ca. 45Sek lang bei 270C° neu verlötet. Danke.

Antwort:  

Name: Kazimir Datum: 14.05.2016

Haben gemacht meine MacBook Air in die Backofen. Ist stinkig und geplatzt das Display. Wenn gewusst hätte ich, dann gegrillt hätte ich.

Antwort: Hinterher ist man immer schlauer...

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