2011年

11月

01日

パソコンはなぜ壊れるのか(前編)

 工房やまだでは、最近とある修理業者さんからのご依頼でパソコンの修理をしています。

ノートPC

 その業者さんが修理のご依頼をお客様から受けて診断します。

 

 診断の結果BGA部分の不良であると分かった時だけ工房やまだに基板が届きます。

 

 

 夏ごろから何台もパソコンの基板が届き、修理をしてきましたが、

 

 すべて、GPUの不良です。

 

 なぜ、GPUの不良ばかりなのでしょうか?

 

GPUの不良が多い理由

 理由は大きく2つ考えられます。

 

 

 まず、1つ目は熱です。

 

 

①、熱

 GPUはBGAタイプのLSIです。

 BGAとはBall Grid Arrayの略で

 LSI本体の底面に半田のボールがあり(バンプといいます)

 バンプで基板と接続しています。

 

BGA

 

 GPUは電力を集中的に使用して多くの処理を行います。

 なので当然熱を持ちます。

 

 PCの能力はCPUやGPUの処理能力と冷却の性能が重要です。

 

 

 して、発熱するとどうなるか。

 

熱収縮 BGA

 上の図はとても大げさですが、

 GPUが働くことで加熱し、それが冷める事で、基板が局所的に熱にされされ、基板は次第に反っていきます。

 

 基板が反ると面で基板と実装されているBGAの4辺はどこかに無理がかかります。

 

 

②、Pbフリー半田

 皆様は半田が大きく分けて2種類あるのをご存知でしょうか?

 基板の製造に関わっている人であれば当たり前の事ですが、そうでない方は知らないかもしれません。

 

 半田は、有鉛半田と無鉛半田の2種類あります。

 

 有鉛半田は共晶半田とも言い世界中で古来から使われているものです。

 調べてみると紀元前から使われているそう。

 http://ja.wikipedia.org/wiki/はんだ

 

 簡単に言うとスズと鉛の合金です。

 

 比較的低い温度(183℃)で融解し、ぬれ性が高いです。

(*ぬれ性:接合部での半田の広がりの良さ、なじみやすさ)

 

 近年、含まれている鉛が環境に悪影響があるとして代替品に置き換わってきています。

 EUでは人命に関わる重要な設備の基板以外では共晶半田を使うことはできません。また各国もそれに習っている状態です。

 

 

 

 無鉛半田はその為の代替品となるものです。

 

 鉛が入っていないため無鉛ですね。Pbフリーともよく言います。

 多くの種類があるのですが、融点は220℃前後と共晶にくらべ高く、ぬれ性も悪い場合が多いです。

 また、共晶半田に比べ硬くてもろいのが特徴です。

 

 

 融点の違いはとても大きいです。より加熱しなくてはなりませんし、使用する部品の耐熱性を上げる必要があります。

 

 しかし、それと同じくらい問題なのは「ぬれ性が悪い」「もろい」という点です。

 

 つまりどういうことか。

 

 Pbフリーで実装された製品は共晶で実装された製品に比べて、信頼性が低いということです。

 

結果どうなったか

 上の写真は不良だと診断されたGPUを基板から取り外したばかりの状態です。

 BGAタイプのLSIの裏側、半田バンプが並んでいる部分にあたります。

 

 おかしい部分、わかりますか?

 

 今回も長くなってしまったので前後編で行きたいと思います。

 後編へ続く。