Reballing, flip chip y reflow

En esta primera entrada del blog, se hablará de una forma más profunda sobre qué es un reballing, un flip chip y un reflow.

Reballing

 El reballing es una etapa de un proceso conocido como rework, donde se cambian las bolas de estaño dañadas por unas nuevas. Aunque es conocido comunmente como reballing, el término correcto sería rework.

Proceso de limpieza en chip BGA

Pero, ¿por qué se dañan?. Existe la creencia extendida que las tarjetas gráficas y procesadores empezaron a fallar a partir de la entrada en vigor de la normativa ROHS, normativa que prohibía el uso de plomo en soldaduras de montaje superficial, volviendo así las soldaduras más frágiles a los golpes y poco flexibles a cambios térmicos, generando roturas entre la bola de estaño y el pad ( superficie conductora donde hace contacto la bola ) de la placa base.

La realidad es que son varias causas las que pueden conllevar a dicha avería, pasemos a realizar una lista con las causas más comunes:

· Retirada del estaño con plomo en las soldaduras inferiores del chip gráfico.

· Aumento de la potencia de cálculo de los circuitos integrados, añadiendo más componentes en la misma superficie, dando como resultado mayor disipación de calor en una zona más pequeña.

· Mala disipación térmica:  Abaratamiento de costes en refrigeración y/o incorrecto uso por parte del usuario/a final ( trabajar con el equipo directamente encima la cama o sofá, obstaculizando el flujo de aire del equipo ).
· Mal de diseño de fábrica.

· Tener el equipo en zonas húmedas o cercanas al mar: Tener el equipo cerca mientras nos duchamos, vivir cerca del mar o dejar el equipo en la taquilla de un vestuario, serían algunas de las causas.

Flip Chip

Es un procedimiento de ensamblado muy extendido en los circuitos integrados actuales que consiste en que la pastilla de silicio contiene pequeñas bolas de estaño ( del orden de micras ) que posteriormente se sueldan encima una pequeña placa base ( substrato ) que ésta, a su vez, se suelda finalmente en la placa base de nuestro equipo.
Lo que vemos en una tarjeta gráfica ( o cpu ) como un solo bloque, en realidad son varias partes, veamos esto con unas imágenes:

Tarjeta gráfica NVidia

 En la imagen anterior puede verse una tarjeta gráfica, a simple vista podemos diferenciar dos partes, una zona de color verde y una zona de color plateada ( pastilla de silicio ) donde aparece el nombre del fabricante, modelo, número de lote, etc.

Parte posterior de la tarjeta gráfica. Lista para pasar por la fase de lavado

En la imagen anterior puede verse una tarjeta gráfica por su parte posterior. Esos puntos plateados son las bolas de estaño que conducen la electricidad hacia la placa base de nuestro equipo.

Entonces, ¿hay dos uniones?. Así es, contiene dos pisos unidos por bolas de estaño. En la foto anterior estaríamos viendo la zona externa, en la que se realiza normalmente el reballing. Pero hay otro piso, que no es posible verlo sin destruír el circuito integrado. Así pues, procedemos a la destrucción de una tarjeta gráfica para poder analizar esa planta superior.

Nota aclaratoria: no se usó la gráfica anterior para el proceso de destrucción, se usó una dañada, es por ello que los códigos superiores no coinciden.

Pastilla de silicio retirada de la planta inferior ( substrato )

 

Pastilla de silicio retirada tras la destrucción de la tarjeta gráfica

En las imágenes anteriores podemos ver la cara del circuito que veríamos sin necesidad de destruir la tarjeta gráfica. Esa pastilla es realmente el circuito integrado, el resto ( substrato ) es una simple placa con pistas, contactos y algunos componentes pasivos, que conecta con la placa base.

Pasemos a ver la zona posterior, donde podremos ver los diminutos puntos de unión con el substrato:

 

Parte posterior de la pastilla de silicio

 

Curiosidad: en la esquina inferior derecha pueden verse los transistores de la gráfica

Cada diminuto punto que puede verse en las fotografías anteriores, son una bola de estaño que va soldada al substrato.

Con la información vista hasta ahora podríamos preguntarnos si realmente fallan las uniones de la primera planta o la segunda. Lo cierto es que en ambos casos pueden fallar, hay casos en los que el proceso de reballing no es existoso y uno de los motivos puede ser que la desconexión se realizó en la planta superior y por lo tanto, no es posible reparar ( una solución sería el cambio completo del chip gráfico ).

¿Por qué no es posible dicha reparación?  Porque a nivel tecnológico, ningún taller de reparación tiene posibilidad de realizar una reparación tan compleja ( la maquinaria usada para ese nivel de trabajo es demasiado cara y no saldría viable la inversión ).

Los talleres especializados en reballing tenemos maquinaria que nos permite la reparación de las bolas externas, pero no las que unen la pastilla de silicio con el substrato.

Imagen aclaratoria de las distintas capas

Entonces, la duda que podría surgir es: ¿realmente es fiable el proceso de reballing?

Sí, es un proceso que puede reparar los errores de gráfica ( siempre y cuando los fallos de unión sean por un defecto en la soldadura de las bolas externas ) pero ha de realizarla un técnico/a con experiencia en el sector para poder detectar cuál de las dos plantas está fallando y tomar la mejor decisión para su cliente.

 

 

Reflow

Llegamos al último punto, este es normalmente confundido con el reballing por algunos servicios técnicos, el cual hemos de diferenciar pues son dos procedimientos totalmente distintos.

El reflow es un procedimiento que consiste en calentar la tarjeta gráfica ( sin llegar a retirarla ), volviendo a resoldar las bolas de estaño, logrando así alargar la vida útil del equipo. ¿Se puede considerar una reparación? Sí, siempre y cuando el cliente final sea totalmente informado/a de dicho procedimiento y sea consciente de las grandes diferencias existentes entre la realización de un reballing ( cambiar las bolas de estaño externas ) y la realización de un reflow ( calentar el circuito integrando, resoldando el estaño ).
¿Es fiable un reflow? Valiéndonos de nuestra experiencia en el sector, recomendamos encarecidamente no realizar reflows ya que no es una reparación tan fiable como lo puede ser un reballing o un cambio de chip gráfico.

También se logra así, que los técnicos/as que realicen dicho trabajo, necesiten de una preparación y experiencia mayores que alguien que pueda realizar un reflow. Se sabe entre la gente del sector, que la realización de reflows por algunos servicios técnicos van desde el uso de velas hasta el uso de pistolas de decapar ( dichos procedimientos son muy peligrosos, ya que la precisión de las temperaturas necesarias es nula, pudiendo dañar otras zonas del equipo o dejándolo inservible ). Aunque pueda llegar a funcionar una reparación con las técnicas anteriormente mencionadas, la calidad de la soldadura será muy pobre, pues en el proceso de soldado se han de respetar unos tiempos y unas temperaturas muy precisas para lograr que el estaño no se contraiga demasiado rápido y quiebre, o se caliente demasiado y pueda llegar a dañar el chip, apareciendo encima de éste unas burbujas en la zona del substrato que indican un mal control de la temperatura y un acortamiento de la vida ( normalmente destrucción ) de la tarjeta gráfica.

Curiosidad: Estas burbujas son conocidas en el sector como popcorn.
¿Cómo puedo saber si me realizaron un reflow a precio de reballing? A continuación le daremos algunos consejos que pueden ayudarle a confiar en un servicio técnico u otro:

1) Pida fotografías de la maquinaria que usan ( o verla en persona ), si ese procedimiento lo realiza un servicio externo, pídalas también.
2) Si tiene algún familiar o amigo/a quien le hayan realizado una reparación en dicho taller, puede pedir a un conocido/a con experiencia en el montaje y desmontaje de equipos, que desmonte dicho equipo para poder analizar la reparación de la tarjeta gráfica.

Si le hicieron reflow, verá que en las esquinas del chip hay unas bandas de goma ( conocidas como epoxy ), es un adhesivo que lleva de fábrica, para realizar un reballing es necesario retirarlo.

Es sabido que algunos talleres son conscientes de ello y por lo tanto lo retiran aunque realicen un reflow. En ese caso, podría mirarse si alrededor del chip gráfico contiene flux. El flux es un material que ayuda en el proceso de soldado, aportando una unión de mayor calidad y protegiendo las uniones del óxido.

Si hay una gran cantidad de flux, muy posiblemente se haya realizado un reflow, ya que en un reballing no es necesario el uso de una gran cantidad de flux ( ni posible, ya que en el momento de soldado, el flux líquido movería la tarjeta gráfica, haciendo imposible el proceso de soldado ).

Este último punto es más complejo de saber, pues al no tener una experiencia, es difícil decir si la cantidad que se observa es mucha o poca, pero normalmente, en un reballing se puede apreciar una delgada línea ( alrededor de medio centímetro como mucho ) de flux alrededor del chip.

En algunos talleres realizan los reflow sin flux, en ese caso podría mirar si hay restos de polvo cerca de la tarjeta gráfica, en el proceso de reballing no quedan, ya que la zona es limpiada.

Terminamos así, esta extensa nota sobre las diferencias entre un reballing, un reflow y qué es el método de flip chip.



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