Ремонт системной платы GA – 8I945PMF.

Ремонт системной платы GA – 8I945PMF  

 При поиске неисправности, всегда действия специалиста сводятся к получению диагностической информации, ее анализу и планированию последующих действий, результатом которых является получение дополнительной диагностической информации. Используя эту информацию можно уточнить и скорректировать план следующего этапа работы. Последовательность этих действий должна вести к сужению области, в которой ведется поиск, и, в конечном счете, к обнаружению дефекта. Если внимательно и целенаправленно вести поиск, то можно достичь желаемого результата, - восстановить работоспособность оборудования, или обоснованно и корректно указать на его компоненты требующие замены, и спланировать действия по их приобретению и замене. В данной статье рассмотрен три реальный случай ремонта системной платы GA – 8I945PMF.

Поскольку системная плата была представлена на ремонт не в составе системного блока, то ее подвергли внимательному внешнему осмотру. При внешнем осмотре системной платы модели GA – 8I945PMF явных повреждений замечено не было. При рассмотрении комплектности состава оборудования платы, показанной на рис. 1, отметили отсутствие процессора, модулей оперативной памяти. Для установки процессора используется разъем LGA 775 (этой моделью системной платы поддерживаются следующие типы процессоров: Pentium 4, Pentium D, Pentium 4 Extreme Edition, Celeron).

Рис.1. Общий вид платы GA – 8I945PMF

 На данной системной плате используется чипсет (Chipset) Intel 945P, который состоит: из микросхемы «северного моста» (North Bridge) –Express Chipset (QG82945P); из микросхемы «южного моста» (South Bridge) – Intel ICH7 (NH82801GB). Также на плате находятся микросхема Texas Instrument TSB43AB23, содержащая IEEE - 1394 controller; микросхема Marvell 88E8053-NNC, содержащая Gigabit Ethernet controller - сетевой контроллер 10/100/1000 Мбит/сек (PCI-E); микросхема Realtek ALC882 audio codec - звуковой 8-канальный HDA (High Definition Audio) кодек. Для размещения BIOS используется 2 Мбит флэш-память на микросхеме Firmware Hub SST49LF003B. Частота шины 533, 800, 1066МГц.

                Для установки модулей оперативной памяти используются 4 двухцветных разъема (DIMM slots – 240 pin). Для активизации двухканального режима работы памяти модули устанавливаются парами. Чипсет поддерживает модули памяти Dual Channel DDR 667/533/400. Тип поддерживаемой памяти DDR2 PC-5300 (DDR667), PC-4200 (DDR533), PC-3200 (DDR400), ECC не поддерживается. Максимальный размер устанавливаемых модулей равен 4GB. Питание модулей памяти осуществляется напряжением 1,8 В.

На плате размещены внутренние разъемы (Internal I/O Connectors): четыре – Serial ATA II 3.0Gb/s connectors; два – Ultra DMA 100/66/33 Bus Master IDE connectors; один – FDD connector; два – USB 2.0/1.1 connector (supports 4 ports); два - IEEE 1394 connectors (supports 3 ports); один - Cooling fan pin headers. Установлены также разъемы расширения (Expansion Slots): один - PCI Express x 16 slot; один - PCI Express x 1 slot; два - PCI slots. Сзади на плате имеются разъемы (Back Panel Connectors): два - PS/2 ports Keyboard (клавиатура) / Mouse (мышь); один - LPT port; два - COM ports; один – IEEE 1394 (6-pin); четыре - USB 2.0/1.1 ports; один - RJ45 LAN ports; шесть - Audio ports (4 x Line-out/ 1 x Line-in/ 1 x MIC)- аудиоразъемы (Line-in, Mic-in, Front-out, Rear-out, Surround-out, Sub/center-out).

После проведения стандартной процедуры замеров через разъемы питания (для проверки возможных дефектов электрической схемы) – результаты замеров сведены в табл. 1. Данные этих замеров определяют состояние электрических схем являющихся нагрузкой для линий подачи напряжения питания.

Как видно, явных коротких замыканий по данным точкам электрической схемы не наблюдается. Проверили состояние схемы питания 5 вольт на разъеме USB: прямое сопротивление равно 1029 Ом; обратное сопротивление равно 583 Ома.

Для проверки платы под напряжением подключили ее к блоку питания и подали 220 вольт. После проверки наличия всех напряжений, сформированных на плате, проверили, формируется ли сигнал «сброса» на контакте A15 разъема PCI. На данном контакте напряжение 3.3 вольта, говорит о том, что на время замера сигнал «сброса» отсутствует и можно подключить процессор для проведения следующего этапа диагностики. На контакте B16 разъема PCI убедились в наличии тактовой частоты 33 МГц (системный генератор активен). Перед установкой процессора проверили напряжение на выводе 2 (вход для сигнала «сброса» (ICH_FWH_PLTRSTJ) - см. рис. 2) микросхемы U11 49LF003B, представляющей собой Firmware Hub – перезаписываемый аппаратно-программный блок для размещения BIOS.

Напряжение на этом выводе равно 0,03 вольта, что определяет наличие «состояния сброса» (или начальной подготовки) для схемы, а это противоречит определенному нами состоянию устройств, установленных в слоты шины PCI.

Для уточнения этого состояния выключим питание и проверим нагрузку на выводе 2 данной микросхемы, содержащей BIOS. Прямое и обратное сопротивление равно 4 Ом, что говорит о наличии замыкания по линии логического сигнала «сброса». Для определения места замыкания был зачищен лак и перерезана дорожка по линии логического сигнала «сброса». На стороне микросхемы прямое сопротивление равно 969 Ом, обратное 605 Ом. Это означает, что замыкание находится вне данной микросхемы. «Прозвонка» линии «сброса» для других устройств показала наличие 4 Ом на выводе 110 микросхемы IU1 Texas Instrument TSB43AB23 (см. рис. 2), на выводе 5 микросхемы U14 (Marvell 88E8053-NNC). Процедура зачистки лака и перерезание печатной дорожки показали, что замыкание происходит вне данных устройств.

«Прозвонка» линии сигнала «сброса» в контрольных точках (специальные участки печатного монтажа не защищенные лаком) в зоне микросхемы «южного моста» (South Bridge) – Intel ICH7 (NH82801GB) подтвердила, что причина замыкания либо в этой микросхеме, либо в схемах логики формирования сигнала «сброса» для устройств перечисленных выше и размещенных на данной плате. Установка процессора бесполезна, так как замыкание линии сброса для ряда устройств не позволит процессору правильно считывать программы из ПЗУ BIOS и провести первоначальную инициализацию устройств. Корпус микросхемы «южного моста» имел нормальную температуру, но это уже не важно для определения дефекта, ясно, что потребуется исследование цепей прохождения сигналов начального «сброса», источником этих сигналов является микросхема «южного моста» NH82801GB (см. рис. 3, 4).

  Рис. 2. Фрагмент принципиальной схемы системной платы (ПЗУ BIOS)

Рис. 3. Микросхема Texas Instrument TSB 43AB23, микросхема Firmware Hub SST49LF003B и микросхема «южного моста» NH82801GB (источник сигнала начального «сброса»).

Рис. 4. «Южный мост» (блок-схема)

Рис. 5. Фрагмент принципиальной схемы «Южного моста» (ICH-7)

Условием для формирования начального «сброса» является наличие трех сигналов (см. рис. 5): PWROK (хорошее питание от системного блока питания); ICH_VRMPWRGD_UP (хорошее питание от регулируемого источника питания ядра процессора); ICH_BATLOW_UP (хорошее питание от батарейки энергонезависимой CMOS-памяти). Сигналы «сброса» (PCIRSTJ, PLTRSTJ) формируются на секции U27A «южного моста» (см. рис. 6). Распространение сигналов «сброса» (PCIRSTJ, PLTRSTJ) показано на рис. 7.

 Рис. 6. Фрагмент принципиальной схемы «южного моста» (ICH-7)

Рис. 7. Фрагмент принципиальной схемы системной платы (сигналы начального «сброса»)

На ПЗУ BIOS (рис. 7) идет сигнал начального «сброса» ICH_FWH_PLTRSTJ (for FWH) с 4-й ножки микросхемы U29B (рис. 6), который поступает на 2-ю ножку микросхемы U32 (ПЗУ BIOS).

При внимательном обзоре (с помощью электронного микроскопа с выводом изображения на экран монитора) было обнаружено замыкание 3-го и 4-го контактов микросхемы U29 (см. рис. 8). Причина отказа - «усы» олова.

Рис. 8. «Усы» олова между 3-м и 4-м контактами микросхемы U29 (увеличенное микроскопом изображение на экране монитора)

 Современные технологии изготовления различного вида печатных плат и безсвинцовые технологии пайки - экологичны и эффективны, но они (в определенных условиях) порождают ряд явлений, приводящих к отказам.

Достаточно часто, в разговорах со специалистами по ремонту персональных компьютеров, можно услышать: «пропаял контакты микросхем, разъемов неисправной платы и она заработала, неисправность исчезла». Обычно такое «волшебство» пропайки объясняют плохим качеством паяного соединения, но действительно ли это так? Есть и более реальное объяснение. «Усы» олова — это микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате, являются причиной возникновения отказов электронных схем из-за замыканий между контактами и проводниками. Общеизвестен факт, что отрицательное воздействие внешней среды непосредственно сказывается на показателях надежности печатных узлов и сборок, выполненных по современным технологиям.

При ра­боте с безсвинцовыми припоями возникает ряд проблем, которые связаны с их физическими свойствами. Поэтому паяльные станции должны быть специально адаптированы для работы с новыми припоями. Основные проблемы, которые могут возникнуть при пайке безсвинцовыми припоями:

 - более высокая температура плавления пайки мо­жет повредить электронные компоненты, содержащие пластмассу, могут получить термический «шок» и сами компоненты;

 - может возникнуть деформация печатных плат;

 - будет наблюдаться слабая увлажненность и растекание в связи с возрастающим эффектом окисления поверхности;

 - появится необходимость использования более активных (и коррозийных) флюсов;

 - возможно появление перемычек и замыканий;

 - вследствие более высокой температуры пайки будет наблюдаться сильное разбрызгивание флюса;

 - увеличится время создания качественной пай­ки (контакта);

 - вид паяного контакта будет более тусклым;

 - снизится ресурс нормальной работы паяльных головок;

 - потребуется изменить стиль работы монтажников.

Итак, возможно появление перемычек и замыканий. Перемычки и замыкания возникают в виде «усов» олова (это микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате). Эти таинственные проростки и бы­вают "виноваты" в серьезнейших отказах электроники.

Олово без укрощающего его свинца ведет себя непредсказуемо. Оловянное покрытие без добавок так же, как кадмий и цинк, спонтанно образует кристал­лы металла диаметром около 1-5 мкм и менее одной десятой толщины человеческого волоса, которые про­талкиваются от основания вверх. Если они растут до­статочно близко для того, чтобы прикоснуться к дру­гому токопроводящему объекту, то вызовут корот­кое замыкание, которое может повредить аппаратуру.

Меха­низм образования «усов» теперь стал достаточно понятным — это происходит за счет напряжения сжатия, обусловленного, скажем, диффузией меди в олово. При встраивании в слой олова медь проби­вается через барьерный слой оксида олова. Критики ссылаются на сообщения о том, что компоненты припоя, такие как олово, олово-цинк, олово-серебро-медь, просто не способны заменить свинец в припое по надежности, укрывистости (смачиваемо­сти контактных площадок) и стоимости. Поэтому военная, военно-морская, медицинская и исследовательская аппаратура освобождены от того, что считается не заслуживающим доверия. Кроме того, отдельные отрасли науки и техники еще используют олово-свинец, так как он работает лучше. Идет разговор о возмож­ности компромиссов «по стоимости, материалам, прочности припоя и пр.» во время предписанного перехода, а также то, что изготовите­ли должны приобрести «базовый опыт» использования новых тех­нологий.

Помимо образования «усов», не содержащий свинца припой к тому же более хрупок. Припои-заменители также могут быть нанесены слиш­ком тонким слоем, при недостаточной или при слишком высокой тем­пературе (заменители свинца имеют более высокие точки плавления), что создает механические напряжения в слоистой структуре печатной платы.

Какие же меры и технологии могут устранить образование «усов»? Применение матового финишного покрытия, устранение загряз­нителей из припоя и с поверхностей, снижение механических на­пряжений в паяемых компонентах — все это ослабляет рост «усов». Однако ряд специалистов в области пайки и печатных плат, за­явили, что «никакое определенное решение этой проблемы» не най­дено до сих пор. Национальный Центр по изготовлению высококачественной элек­троники, финансируемый ВМФ США, установил, что термостабили­зация паяных соединений и их хранение позволяют уменьшать обра­зование «усов», но все же специалисты этого ведомства рекомендуют «применение свинца вопреки будущей производственной практике». 

Что способствует появлению «усов»? Оказывается, что они могут расти при температуре и влажности окружающей сре­ды или в вакууме, а также при постоянных или изменяющихся тем­пературах (хотя варьирование температуры может способствовать их росту). Кончики «усов» соразмерны атому. За достаточное время они про­толкнутся через любое покрытие. Они являются преобладающей при­чиной (лишь недавно обнаруженной) многих отказов аппаратуры в прошлом. Один «усик» может пропускать около 30 мА — что более чем достаточно для повреждения цифровых схем.

Припой серебро-олово-медь (SAC) замедляет, но не прекращает рост «усов». Но припой SAC оказывает на окружающую среду большее вли­яние, чем вариант олово-свинец (известный припой — 37% свинца, 63% олова — в отличие от SAC только деформируется, что снижает механические на­пряжения, а значит, сводит к минимуму образование «усов»).   

Свыше 80% от всех радиоэлектронных компонентов производится в Азии, но технические требования к ним разрабатываются в фирмах — обладателях торговой марки продукции. Ряд крупных компаний после своих дорогостоящих возвратов добились постоянного освобождения от необходимости соблюдать директи­ву RoHS для изделий, идущих на экспорт в страны ЕС. Вероятно, скоро появятся надежные технологии, свободные от свин­ца, а такие компа­нии, как IBM и National Instruments, сейчас уже имеют технологии, со­ответствующие требованиям RoHS даже для освобожденных от них изделий.