Chips que rompen… las bolas

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Escrito por Juan

Hace un par de días charlando por e-mail, un lector de este Blog me hizo acordar de eso de que una placa de video al horno normalmente se arregla como por obra y gracia del espíritu santo, tema que ya se trató en Alt-Tab en este artículo a raíz de un Top Post en Taringa!.

Bueno, al menos en este caso, el espíritu santo no tiene nada que ver. El asunto son los SMD de tipo BGA que para que el que no está muy puesto en electrónica me entienda, son las siglas de Surface Mounting Device de tipo Ball Grid Array y que a su vez para que el que no se lleva muy bien con el inglés me entienda, quiere decir: Dispositivos de montaje superficial de tipo matriz grillada de bolas.

Explicado en criollo:

Hubo un momento en la evolución de los componentes electrónicos en que la cantidad de pines -de patitas- que conectan un componente con otro se volvió tan grande que se empezó a complicar eso de andar soldando una a la par de la otra con estaño como se hizo toda la vida, por mas robot super preciso que hubiera, a menor espacio entre una patita y la otra, mayor posibilidad de que el sistema falle durante el armado.

Circuitos

(Las buenas épocas… cuando las patitas estaban lejos unas de otras)

Para salvar esta dificultad, aparece el famoso BGA a rompernos las bolas a todos -por que no debe quedar ser humano conectado a internet hoy en día al que no le haya fallado un componente BGA, se haya enterado de esto o no-. Se trata de reemplazar patitas de metal con bolitas de estaño. Típicamente en un componente BGA no ves a simple vista ninguna conexión entre este y la placa PCB en donde hace contacto.

BGA

(Las Bolitas, el sistema BGA)

Cada bolita de estaño de esas se derrite y hace contacto entre el chip y la placa que lo conecta, con esto logran una altísima densidad de conectores en la misma superficie de toda la vida (estamos hablando de que usualmente cada bolita tiene 0.4mm de diámetro, menos de medio milímetro), una mejor disipación de calor entre el componente y la placa base y menor inductancia entre un pin y otro.

Cualquiera diría que BGA es la mejor opción, ¿No?

Malas noticias: Todo lo que sea electrónico y moderno tiene componentes BGA. Las fallas en los chips de tipo BGA son tan pero tan frecuentes que casi me atrevería a decir que son la causa de por lo menos la mitad de todos los males. Cuando algo falla y hay un componente de tipo BGA, voy derechito a revisar eso antes que cualquier otra cosa.

El caso de fallo de un componente tipo BGA mas mentado o que mas difusión ha tenido por internet es sin duda el de las luces rojas del Xbox 360 quizás con un poco de menos prensa pero muy común también el fallo en GPUs tanto de placas madre de PC como de Laptop, lo mismo que en placas de video propiamente dichas, donde el GPU o las memorias dejan de hacer contacto.

De la teoría a la práctica y de la práctica a la leyenda urbana realmente no sé cuanto hay de cierto pero según tengo entendido todo el problema radica en que o bien por exceso de temperatura o bien por exceso de tracción originado por diferencias de temperatura, se rompen las bolas -se fracturan- y dejan de hacer contacto. Sea cual sea la causa, pasa, pasa con mucha frecuencia, y no es para menos, algunos componentes pueden llegar a 100ºC en reposo.

¿Diagnosticarlo? Un dolor de bolas -valga la redundancia-, hay que tener un equipo de rayos X para eso.

Según dicen nada de esto pasaría si no fuera por que el plomo contamina. Como el plomo contamina ya no se suelda mas con bolitas de aleación de estaño con un porcentaje de plomo si no que se ha eliminado al plomo por completo. La aleación resultante pierde ductilidad además de fundirse a menor temperatura -alrededor de 190ºC-, el resultado es el combo explosivo que comentaba antes: Electrónica descartable por que las soldaduras no aguantan, en aras de la ecología.

Sumado al hecho de que no se suelda mas con plomo está el otro asunto: No es lo mismo las patitas de toda la vida que hasta cierto punto son flexibles que estas bolitas de estaño derretidas que le dan mucha mas rigidez al conjunto. Al ser mas rígido, mucho mas propenso a romperse por tracción, al ser menos dúctil la soldadura, con mas razón aún. Si el chip en cuestión es un chip poderoso, que no te quepa duda: Si se recalienta se va a desoldar.

Esta es por ejemplo la causa de la mala fama de las Notebooks con GPU nVIDIA o ATI:

  • Chip poderosísimo + Mala ventilación + estaño sin plomo = Portátil que enciende pero no muestra nada en la pantalla.

Esta misma es la causa por la que por poner otro ejemplo, nunca vas a ver fallar por este motivo a una portátil de cualquier marca que tenga un GPU intel: No llegan a temperaturas críticas. O por que están muy bien diseñados o por que son muy poco potentes, a ver si adivinan…

¿Como saber si corrés algún tipo de riesgo?

Fácil: Si tenés una placa de video potente nVIDIA o ATI, el riesgo existe. Es importantísimo controlar la temperatura de tu placa de video con cualquier programita afín tipo Speedfan. Cuanto mas se aleje la temperatura de tu GPU de la del punto de fusión del estaño, mas improbable es que la tracción te rompa las pelotas.

¿Como se arregla?

Domésticamente hablando -con herramientas caseras, digamos- están los que dejan toda la noche el equipo encendido con el cooler trabado para que recaliente, o los que le dan con un secador de pelo, los que usan una velita de las aromáticas, el horno de la cocina o una pistola de calor. Lo importante es que la fractura se vuelva a unir y esto se logra llevando la soldadura a una temperatura lo mas cercana posible a 190ºC.

La verdadera solución al problema es hacer reballing: Retirar el GPU o memorias de su lugar, limpiar el estaño sin plomo y volver a soldar las mas de 400/500 bolitas promedio que suele haber en estos componentes pero esta vez usando bolitas de aleación de estaño con plomo haciendo uso de un horno o una estación de soldado por aire a caliente o de preferencia la de soldado por infrarojos.

No viene al caso pero ayer mientras le daba forma mentalmente a este artículo, leía que están por mandar una sonda a la atmósfera del sol. Me mata la curiosidad, ¿Con qué sueldan los componentes electrónicos de una sonda de esas? Me la imagino llegando casi y a 200 metros de empezar las pruebas: “Houston, se le desoldó el GPU a la sonda, tenemos un problema…”

37 COMENTARIOS

  1. Excelente artículo! Por contenido y además redacción muy copada jeje

    Incluso en las soldaduras grandes actuales, en componentes que NO son smd, cuando usan estaño sin plomo las soldaduras quedan horribles, he visto mil soldaduras “frías” que fallan al menor golpe, produciendo funcionamiento errático del dispositivo que fuera, y te lleva a resoldar todo, agregando un poquito de estaño 60/40 a ver si mejora jajaja o en el peor de los casos chupar el estaño chorongo y hacer la soldadura nueva, un bodrio!

    Y si hicieran las cosas bien (con plomo o lo q fuera) y despues las reciclaran correctamente? porque el plomo es un material infinitamente reciclable, es más, de todo el plomo que se usa actualmente la mayoría proviene de baterías recicladas, placas de plomo aislantes de radiacion, caños, y mil cosas más que se reciclan.

    Saludos!

  2. Es una joda, pero el plomo es realmente veneno puro, se va acumulando en el organismo y no sale más; cuando llega el momento en que empezás a tener los síntomas del envenenamiento ya sos boleta porque no hay vuelta atrás.

    Es una pena también que el necesario avance de las tecnologías de encapsulado y montado de componentes, para poder lidiar con las cada vez mayores densidades en electrónica, termine haciendo menos accesible algo que antes todos podíamos hacer con un soldadorcito de $50 y un poco de estaño. Ahora cuesta un poquito más.

  3. Excelente artículo. Me llama la atención cuando dices: “Esta es por ejemplo la causa de la mala fama de las Notebooks con GPU nVIDIA o ATI” Vi muchas con la fatal combinación CPU AMD y GPU nVIDIA” sobre todo HP y Compaq, pero nunca vi una que fallara con ATI, no digo que no pueda pasar, pero también se me hace las ATI están mejor diseñadas.

    • Jaime, no puedo decir que haya visto la falla en la misma proporción en ATI que en nVIDIA simplemente por que por cada diez nVIDIA debe haber una ATI, al menos en Argentina, pero que las he visto manifestar exactamente la misma falla, doy fé.

      Blasfemo, llevo una pila de años soldando con estaño, ¿Debería tomar alguna precaución para no envenenarme con plomo?

      Yo que llevo una vida tan sana, no fumo, no tomo café, fernet ni bebidas colas, hago ejercicio físico todos los días, no vaya a ser que el plomo me haga mal.

      Del susto, voy a googlear justo después de dejar este comentario.

      ¡Saludos!

  4. Che, sos groso! Use lo del horno en una placa de video que creia perdida hace un año y CHAN! anduvo. No se si volvera a ser la misma pero antes que nada :D. Ahora a hacerle prueba para ver su estado.

    • Me alegro, me alegro. Asegurate de que no vuelva a recalentar y tenés placa de video para rato… (Cambiale el pad termoconductor o la pasta térmica, mejorale el disipador, arreglale o agregale un cooler).

      ¡Saludos!

  5. Maldita sea! ¿Porqué has escrito esto? Recién hace una semana he perdido por esta causa mi Acer aspire 4520 con chip Nvidia, con apenas 2 años de uso (a pesar de ser cuidado como hueso santo) y ahora todo el dolor ha revivido Jajaja. :P

    Hablando en serio, muy bueno el artículo. Lo voy a linkear.

    Y solo quiero decir que si bien las altas temperaturas es la causa de este tipo de fallas, en la mayoría de los casos estamos hablando de condiciones de uso absolutamente normales (en mi caso que usaba ubuntu y ni juegos tenía). Actualmente, se han vuelto muy populares las bases para notbook con ventiladores y esas cosas de apoyo. ¿No es ridículo que el diseño propio de un equipo de estos sea insuficiente para condiciones de uso comunes? No aceptemos esos falsos argumentos de que el notebook quedó sobre la cama.

    Una pregunta. ¿Por lo que entiendo este problema aún no se ha solucionado en los equipos modernos?

    • El problema es el efecto “colador”, nombre que me acabo de inventar. Tu notebook respira por cuanta rendija haya disponible y expulsa ese aire a presión contra una rejilla de cobre, el radiador que está conectado al heat pipe.

      Con el tiempo se va acumulando polvo y pelusa, he visto casos en que el radiador se encuentra obstruído por completo inclusive.
      De a poquito el equipo va calentando cada vez mas, por que no es lo mismo soplar sobre cobre pelado para disipar calor que soplar sobre una capa uniforme de pelusa y polvillo.

      Consejo: Una vez al año, al service para limpieza del radiador. Si está muy expuesta al polvo en suspensión, cada 6 meses.

      ¡Saludos!

  6. Rayos, de un tiempo para acá tu nivel de redacción en los posts ha subido de una manera bastante notable.

    Es como si estuvieras disfrutando mucho más que antes el escribir.

    Reenvié esto a varios cuates por correo.

    Y seguí así che, como dicen arriba, sos groso jeje
    Me gusta esa expresión argentina.

    • Gracias, trato de ser consistente en cuanto a cantidad y calidad pero aveces los tiempos no dan para todo y hay que resignar alguna de las dos cosas :)

  7. juaz, yo tengo una plaquita por ahi que tira video, pero solo pantallas verdes o azules, depende de cual color predomine en el escritorio, a ver que tira, sino de ultima, pasa a adornar mi pared

  8. Yo tuve una PS3 fat hasta hace poco y me salio la lucecita amarilla, que es practicamente lo mismo que las luces rojas de la 360, una ilusion que me hizo… el caso es que la desarme, meti la mother en el horno levantada con unos taquitos, 250ºC y en 4 minutos tenemos un bizcocho rico rico :P Asi me tire unos 4 meses dandole al horno cada 15 dias o asi, que se quedo al final tostadita la mother. Cuando me harte la lleve a un Game y me dieron 120 pavos :D

  9. Excelente artículo, Juan! Desconocía esta forma de “pegar” los integrados… y ahora me queda claro que tranquilamente pudieron haber sido esas fallas las que me ocurrieron varias veces…

  10. ¿Nunca se preguntaron que es el famoso “RoHS” que viene impreso en las cajas de las cosas electrónicas?

    Es justamente el tema de menos plomo, entre otras cosas, en las soldaduras, que como explicaron, hace más débil a la soldadura, pero esto no sería un problema si estos componentes no calentaran tanto…

    http://es.wikipedia.org/wiki/Rohs

    A Jaime:
    Sobre las placas ATI, también fallan, en las notebooks y en las placas de video. Las placas Intel, por ejemplo, casi no fallan por esto, simplemente porque no calientan tanto como las otras, claro que no tienen un rendimiento comparable.

    A Juan:
    El tema de soldar con plomo no es tan peligroso, porque los vapores de Pb se vuelven peligrosos a mayores temperaturas que no se alcanzan con esta soldadura. Lo que si es peligroso al soldar es el “humito” proveniente de la resina limpiadora del óxido que se forma, que es cancerígena… o sea hay que evitar aspirar el humito. Lo más probable es que tengas Pb en tu cuerpo proveniente de las cañerías de tu vieja casa o del sistema de agua potable. El Pb en los componentes soldados tampoco es peligroso, es complicado para el tema del reciclado.

    Salu2

    • ¡A la mierda! Ya me parecía que el vapor del flux me hacía doler la cabeza, habrá que usar barbijo mas seguido…

      Buena información, gracias por el dato.

      • Siempre me dijeron que no aspirara el humo de la soldadura todos los profes que me enseñaron a soldar… y lo he visto en varios colegas que usan algún tipo de ventilación para apartar el humo…
        Leyendo un poco por ahí parece que el flux peligroso es el basado en algunos tipos de ácidos, que ya no se usa, el que viene ahora dentro del cable de estaño que usamos, es de resina de origen natural… Yo la verdad no me arriesgo y lo evito.

        • Experiencia propia, que no prueba si es cancerigeno el humo pero da la idea de su toxicidad.

          Haciendo un proyecto para la universidad me quede toda una noche de mucho frio, soldando (alrededor de unas 8 horas) con todo cerrado y nada que ventilara el humo. Al otro dia estaba hecho bolsa con problema respiratorios (un amigo que estaba conmigo con los mismos sintomas).

          Por suerte no paso de ese dia, por lo que no consulte un medico, pero aprendi la leccion y siempre de ahora en mas sueldo ventilando el humito de la muerte :P

      • Es una cuestión de lógica. Es por todos sabido ya que el alquitrán contenido en el humo del cigarrillo se adhiere a las paredes del pulmón produciendo cancer. Los humos del flux que es una resina, producen el mismo efecto. Las empresas serias dedicadas al armado de placas instalan sistemas de ventilación especiales. Incluso los fabricantes de sistemas de soladado industriales diseñan también productos para la extracción de humos. http://www.paceworldwide.com/product/section/id/53.html

        Muy buen post

  11. Excelente articulo de un tema del cual no tenia idea. (hasta hace poco al menos)
    Será por eso que odio la notebook, difícil de desarmar, difícil encontrar el problema y mas difícil repararlo. (aunque hay desktop que es mejor ni tocarlas)
    Ahora justamente a mi inspiron 6400 (un horno realmente), se le trabo la lectora DVD. De nuevo, difícil desarmar,… XD
    Saludos.

  12. Bueno, así, nada más de leer el artículo y ver el video, y otro video al que enlaza el primero, acabo de salvar la laptop del socio, que ya la querían hacer sandwichera… El socio, marcándole al ingeniero para que se ponga a hacer experimentos con la motherboard, y yo aquí, dando las gracias por el artículo.

  13. Muy Buen Articulo :) una lastima esas normativas bldas sobre el plomo (ya se q incluye mas materiales)
    pero a mi punto de vista, es para q los aparatos electronicos sean pc, notebooks netbooks ps3 xbox360 o cualquier aparato que use chips bga
    estan hechos para que no duren aproposito
    para q uno tenga q comprar nuevo simpre porq se rompe
    como decias vos el plomo es mas reciclable que el agua
    aparte no veo donde puede contaminar por ej una motherboard una gpu osea no creo balla un pendejo de 3 años a lamer las soldaduras y se contamine con Pb ¬¬
    en fin mi placa de video murio a causa de esto (lo del bga es bueno la q la aleacion no sea Sn-Pb es malo )
    y no huvo forma de arreglarla .. ahora se redujo a unos capacitores de estado solido que guardo por ahi ..
    en fin GRACIAS Por La info LA verdad que no savia bien del tema

    • Las reglamentaciones con respecto al plomo no tienen que ver precisamente con que un niño vaya a lamer una placa de Impreso desechada en un basural, sino con la cantidad de placas de desecho acumuladas en los enterramientos sanitarios, cantidad que viene preocupando a los gobiernos Europeos desde principio de siglo. En Argentina esos desechos no son aún alarmantes.

      Incluso EEUU no le ha dado mayor importancia más allá del interés de las compañías de cumplir con las reglamentaciones de la UE para no quedar en desventaja frente a empresas de ese origen, Philips, Siemens, Temic, ST.

      La obsolescencia se ha dado en mayor medida no por equipos que dejen de funcionar sino porque han dejado de ser funcionales, han sido superados por nuevos productos más compactos, poderosos y económicos. Por ejemplo aún se encuentran PCs 386 que funcionan, yo conservo un par de ellas más que nada por una cuestión sentimental, pero ni siquiera les puedo dar un fin didáctico.

      El problema del plomo (y también el mercurio, el cadmio, el cromo exavalente y los bromuros) es que sus desechos electrónicos contaminan las napas de agua y fuentes de agua dulce. El plomo se encuentra en la naturaleza más o menos abundante en la forma de Galena (sulfuro de plomo) una forma no contaminante. Al ser procesado industrialmente se libera el plomo en su forma pura que si es contaminante y venenoso.

      La electrónica no es la única industria culpable, hasta hace nomas de 30 años las tuberías sanitarias eran de plomo (de allí viene llamar plomero a quien se dedica a dichas instalaciones) los que pasamos de los 40 vivimos gran parte de nuestra infancia y adolescencia consumiendo agua contaminada. Actualmente en la mayoría de las viviendas las tuberías han sido reemplazadas por el PVC, No me atrevería a decir los mismo respecto a que los municipios hayan hecho lo mismo en toda la red de distribución.

      Lean a mi tocayo Pablo S mas arriba y al link sobre ROHS que él cita.

      Saludos

  14. BUENISIMO este articulo!!!!!

    Me senti identificado con los de GPU recalentado y que se dessuelda. Mi notebook Toshiba Satellite de 17″ es un vivo ejemplo de eso. Muy bueno el sitio. ;-)

  15. Esto se me hace que es viejo…pero si alguien vive por cap fed y me quiere dar una mano, tengo una note que esta con este sintoma (un HP de la seria f500…son famosas por esto).
    Y tengo dos mobos, uno se que tiene problema en el chip…puede que se solucione asi?

    Slds

  16. Hasta ahora entiendo porque el tecnico me dijo que habia ” soldado ” el chip set y he tratado por dias de ver la soldadura con lupa y la lupa de joyeros ( las dos a la vez) en la cabeza y no la vi por ningun lado.

  17. El punto de fusión del estaño son 231,9ºC. ¿Es posible que alcancen esa temperatura la GPU de un portátil? O es que no es necesario para que rompa la soldadura.
    Saludos

  18. Excelente articulo, soy una de las victimas de la soldadura BGA, mas precisamente en la gpu Nvidia de una compaq f500 ¬¬.

    Y ademas de victima… también soy de los que la resucitan con un secador de pelo, aunque a los 3 meces moría devuelta. Hasta que a la tercera vez me canse de armar y desarmar , y le mande alcohol etílico al chip y lo prendí fuego, luego de 10 segundos ( y quemada la ficha del Cooler xD) arme todo y funciono :D, ya van 5 meses y contando (:

  19. Excelente todo, necesario estos temas serios tomarlos con humor. felicitaciones juan !!!

    PD: en mi opinion resulta dudoso este asunto de libre de plomo por contaminante. creo que solo son excusas para vender equipos nuevos mas ràpido y asì llenarse los bolsillos.

    De paso les dejo algo sobre el coltan, muy recomendable enterarse, no tiene desperdicio…. http://es.wikipedia.org/wiki/Coltan

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