Zimne luty. Czym są, skąd się biorą i jak się mają do komputerów.

Określenie „zimne luty” jest w środowisku elektroników znane od bardzo dawna. Nic dziwnego – jest to jak najbardziej normalne określenie w tej branży. Ale na przestrzeni ostatnich kilku lat zimne luty zaczęły być coraz bardziej popularnym określeniem wśród konsumentów, szczególnie użytkowników notebooków. Powodem tego jest coraz częstsze występowanie tej usterki w nowo wyprodukowanych notebookach. Statystycznie, obok uszkodzeń sprzętu wywołanych z winy użytkownika, drugie miejsce zajmują właśnie zimne luty.

Cóż to takiego są i na czym polegają te całe „zimne luty” i jak się mają do komputerów?

W tym artykule opiszę czym one są, ich przyczyny, objawy, oraz profilaktykę pozwalającą zminimalizować ryzyko ich wystąpienia.

Zimne luty. Czym są?

Aby trafnie określić czym są zimne luty, na sam początek przedstawię w jaki sposób montowane są kluczowe elementy w komputerach, takie jak układy graficzne czy chipsety.

A więc w dzisiejszej elektronice, praktycznie każdy bardziej złożony układ scalony, montowany jest przy wykorzystaniu technologii BGA (Ball Grid Array). Układy montowane w technologii BGA są przymocowane do płytki za pomocą „cynowych kulek”. Mówiąc dokładniej – łącznikiem między płytą a układem, są kulki umieszczone pomiędzy nimi, które po rozgrzaniu do odpowiedniej temperatury roztapiają się, a po ostygnięciu tworzą trwałe połączenie między układem a płytką.

Tak wygląda typowy układ BGA:

A tak wygląda zamontowany na płytce:

Tak wygląda układ zdemontowany:

Tutaj mamy przedstawiony przekrój połączenia Układ > Kulki > Płytka:

Wiemy już na czym polega i jak wygląda montaż układów w technologii BGA. Przejdźmy teraz do sedna sprawy i odpowiedzmy na pytanie, czym są zimne luty?

Zimne luty to po prostu przerwanie takiego połączenia. Mogą one dotyczyć pojedynczych kulek jak i większej ich ilości. Zobaczmy więc jak zimne luty wyglądają w praktyce.

Tutaj widzimy zdjęcie z inspekcji optycznej, przedstawiające właśnie kulkę BGA, na której „pojawił się” zimny lut:

Widać tutaj wyraźne pękniecie między powierzchnią płytki a kulką. To są właśnie tak zwane zimne luty.

W elektronice przyjęło się tak nazywać wszystkie połączenia, które z pewnych przyczyn „nie stykają”. Poniżej przykłady innych rodzajów połączeń na których występują zimne luty.

Wiemy już czym są i jak wyglądają zimne luty. Teraz powinienem wyjaśnić co głównie powoduje zimne luty w komputerach i notebookach. No więc idziemy dalej.

Zimne luty. Co je powoduje?

Żeby wyjaśnić co powoduje zimne luty, musimy się cofnąć kilka lat w czasie. No więc „wysyp” zimnych lutów w komputerach a szczególnie w notebookach zaczął się w roku 2006, kiedy to Unia Europejska wprowadziła w życie dyrektywę, zakazującą używania ołowiu do produkcji sprzętu elektronicznego (za wyjątkiem sprzętu medycznego).

W czym rzecz? Chodzi o to, że do tej pory do produkcji elektroniki w tym i laptopów używano spoiwa które było stopem ołowiu i cyny. Połączenia wykonane za pomocą tego stopu sprawdzały się wyśmienicie – były elastyczne i odporne na wiele czynników.

Jednak po wprowadzeniu dyrektywy producenci wszelkiej elektroniki zostali zmuszeni zaprzestania używania tego spoiwa i musieli przejść na spoiwo bezołowiowe, czyli praktycznie czystą cynę (niekiedy z bardzo niewielkimi, rzędu dziesiątych procenta – domieszkami innych metali). Takie spoiwo ma to do siebie, że jest sztywne, twarde oraz bardzo podatne na korozję i czynniki mechaniczne.

Więc można rzec, że głównym powodem przez który powstają zimne luty, jest używanie spoiwa bezołowiowego. Lecz jest kilka innych czynników składających się na to.

• Przegrzewanie się układów. Jest to główny powód powstawania zimnych lutów. Mocno nagrzany układ może minimalnie zmieniać kształt oraz osłabić połączenie (kulkę), co z kolei ze względu na sztywność połączenia bezołowiowego, powoduje jego oderwanie się od płytki (w przeciwieństwie do połączeń z domieszką ołowiu, które były wiele bardziej elastyczne).
• Uszkodzenia mechaniczne. Powyżej zostało wspomniane o twardości połączeń bezołowiowych w porównaniu do ołowiowych. Tak więc również wszelkie czynniki mechaniczne (uderzenia, wyginanie, nadmierne naprężenie) mogą mieć wpływ na powstawanie zimnych lutów w przypadku połączeń bezołowiowych.
• Wady procesu produkcji/wady samych układów bądź płytek. Niekiedy podczas procesu produkcji zdarzy się partia wadliwie wyprodukowanego sprzętu, bądź też złożonego z wadliwych podzespołów. W połączeniu z innymi wymienionymi tutaj czynnikami, mamy praktycznie pewną awarię. Dobrym przykładem jest tutaj seria laptopów HP Pavilion dv6000 i dv9000 opartych na układzie graficznym GeForce 8.
• Podatność na korozje spoiwa bezołowiowego. Połączenia bezołowiowe są bardzo podatne na korozję i to też może być pewną częścią składową powstawania zimnych lutów. Poniżej zdjęcie kawałka spoiwa bezołowiowego przedstawiającego postęp korozji na przestrzeni ponad półtora roku.

Połączenia bezołowiowe charakteryzują się tym, że są matowe i często chropowate. Poniżej zdjęcie porównujące kawałek spoiwa ołowiowego (po lewej) z bezołowiowym:

Po wyjaśnieniu źródeł i tego co powoduje zimne luty, przejdźmy do następnego etapu artykułu. Przedstawię główne objawy zimnych lutów.

Czy pojawiły się u mnie zimne luty?

Abyśmy mogli zdiagnozować „domowymi sposobami” zimne luty, przedstawię najczęstsze ich objawy jakie występują w komputerach, a w szczególności w notebookach. Będzie bez obrazków, ponieważ akurat to można bez problemu opisać słownie :)

UWAGA! Jednocześnie pod uwagę należy brać fakt, iż nie zawsze zimne luty są przyczyną usterki. Ostatnimi czasy nader często przyczyną wymienionych poniżej objawów są wadliwe układy BGA, których uszkodzenie może objawiać się bliźniaczo do zimnych lutów! Więcej na ten temat w treściach powiązanych na początku artykułu (głównie artykuł – „Kiedy reballing a kiedy wymiana układu” oraz inne).

• Występowanie artefaktów na ekranie. Czyli pojawianie się różnych „śmieci” (pasków, kropek itp.) podczas wyświetlania obrazu. Artefaktami można też nazwać wyświetlanie kilku pulpitów jednocześnie, o czym pisałem we wpisie „Ekran podzielony na 6 części„
• Czarny ekran, brak oznak życia. Gdy uruchamiamy komputer/notebooka (najczęściej dotyka to notebooków) i oprócz świecenia się diod i kręcenia wiatraków nie dzieje się nic.
• Brak obrazu na ekranie, jednak słychać dźwięki uruchamiania systemu. To następny dość częsty objaw zimnych lutów. Słychać pracę dysku twardego a w głośnikach dźwięki uruchamiania systemu, jednak ekran pozostaje czarny.
• Dźwięki z głośników. Jeden krótki, dwa długie. To jest praktycznie pewny objaw wystąpienia zimnych lutów. Taki sygnał dźwiękowy oznacza problemy z kartą graficzną – najczęściej zimne luty.
• Samoczynne wyłączanie się karty sieciowej i innych urządzeń. Jest to objaw zapowiadający nadchodzące problemy i mówiący nam, że najprawdopodobniej w najbliższym czasie pojawią się zimne luty.
• Nie da się zainstalować sterowników karty graficznej. Działa tylko tryb VGA. Gdy próbujemy zainstalować sterowniki, które do tej pory działały bez problemu, lecz teraz nie są akceptowane, a karta graficzna działa tylko w trybie VGA, prawdopodobnie wystąpiły zimne luty.
• Laptop reaguje dziwnie na nacisk. Gdy np. naciskamy obudowę laptopa w którymś punkcie i obserwujemy dziwne zachowanie (migotanie obrazu, zawieszanie się), bądź też nacisk umożliwia poprawne uruchomienie się do laptopa – tutaj też mamy praktycznie pewną diagnozę, że wystąpiły zimne luty.

Jeśli w notebooku lub komputerze możemy zaobserwować któryś z powyższych objawów, najprawdopodobniej w naszym sprzęcie wystąpiły zimne luty.

Jednak zimne luty występują głównie w notebookach, ponieważ ich system chłodzenia nie zawsze pozwala zachować optymalną temperaturę pracy układu. Notebooki są także bardziej narażone na czynniki fizyczne, co potęguje ryzyko wystąpienia awarii.

Czy można jakoś zapobiegać występowaniu zimnych lutów?

Całkowicie zapobiec raczej nie można, lecz można minimalizować ryzyko ich wystąpienia. Poniżej przedstawię profilaktykę, jaką powinni stosować głównie posiadacze notebooków.

Jak uniknąć zimnych lutów?

Aby zminimalizować ryzyko tego, że zimne luty wystąpią u nas, przede wszystkim powinniśmy spełniać w stosunku do naszego notebooka/komputera poniższe warunki:

• Zapewnić mu dobre chłodzenie. Starać się nie zasłaniać otworów wentylacyjnych. Unikać używania go na łóżku i innych miękkich podłożach, które mogły by zatkać otwory wentylacyjne. Generalnie starać się używać notebooka na twardym podłożu.
• Zadbać o czystość układu chłodzenia. Czyli regularnie, co jakiś czas „przedmuchać” otwory wentylacyjne (oraz chłodzenie karty graficznej i procesora w przypadku komputerów stacjonarnych). Najlepiej jest to robić sprężonym powietrzem – koszt 400ml puszki sprężonego powietrze to około 15 zł – taka puszka powinna wystarczyć nawet na rok. Efekt nie dbania o układ chłodzenia możemy zobaczyć we wpisie „Dlaczego powinno się regularnie czyścić laptopa„.
• Po prostu uważajmy. Starajmy się nie stawiać laptopa w miejscach w których mógłby on upaść oraz ogólnie starajmy się unikać narażania go na czynniki fizyczne.
• Zwróćmy uwagę czy laptop się wyłączył przed włożeniem go do torby. Byłem świadkiem kilku sytuacji, w których użytkownicy wkładali włączonego notebooka do torby, co często powodowało jego „zagotowanie się” i w efekcie mogło znacznie podnieść ryzyko wystąpienia zimnych lutów.

Wiemy więc już czym są zimne luty, skąd się biorą, jakie są ich objawy i jak można ich unikać. Ale jeszcze za pewne dobrze było by wiedzieć jak je naprawić.

Zimne luty. Jak naprawić?

Aby móc skutecznie naprawić zimne luty, musimy jednak dysponować specjalistycznym sprzętem do tych celów. Owszem, da się zrobić to za pomocą mniej zaawansowanych narzędzi, jednak wymaga to nieco wprawy i wiedzy na temat lutowania, a także znajomości specyfiki naprawianego sprzętu, aby dostosować odpowiednie parametry tak aby tego sprzętu nie uszkodzić.

Naprawa zimnych lutów najczęściej sprowadza się do tzw. reballingu. Reballing jest procesem, w którym za pomocą odpowiedniego sprzętu (najczęściej stacja z podgrzewaczem i nawiewem gorącego powietrza) odlutowuje się układ od płytki, czyści się płytkę oraz układ z pozostałości starego spoiwa.

Tak wygląda specjalistyczna stacja do reballingu i naprawy układów BGA:

Następnie za pomocą specjalnej formy i sita dostosowanego specjalnie do danego układu nanosi się nowe kulki. Taki układ z naniesionymi kulkami wygrzewa się, aby kulki mogły przylgnąć do niego. Po wygrzaniu wyjmuje się go z formy i zdejmuje sito.

Tak wygląda forma do poprawnego nałożenia kulek:

Następnie pozycjonuje się układ na płytce, aby kulki były położone idealnie na połączeniach płytki, po czym następuje ponowne wygrzewanie całości, tym razem w celu przylutowania układu do płytki.

Po odpowiednim czasie wygrzewania w odpowiedniej temperaturze (temperatura i czas są zależne od specyfiki wygrzewanych elementów) pozostaje pozostawić całość do ostygnięcia. Jest to ostatni etap naprawy. Po tym dokonujemy inspekcji lutowanego układu (bardziej zaawansowane procedury dokonują inspekcji rentgenowskiej) i gruntownie testujemy.

Powiązane treści odnoszące się do poruszonych w artykule zagadnień:

• Kiedy reballing a kiedy wymiana układu?

• Przyczyny wadliwości układów BGA

• Zepsuty laptop lub karta graficzna? Uważaj na reballing BGA!

• Wymiana układu BGA w laptopie

• Laptopy – tani serwis, reballing BGA i naprawa domowym sposobem – PRZESTROGA!

• Reballing BGA na przykładzie laptopa

• Wymiana układu BGA na przykładzie HP Pavilion DV6000/9000 [Film]

• Wadliwe układy BGA firmy nVidia – lista